Question

13．分解水制氢气的工业制法之一是硫．碘循环，主要涉及下列反应：
ⅠSO₂+2H₂0+I₂═H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HI?H₂+I₂
Ⅲ2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
（1）分析上述反应，下列判断正确的是bc
a．反应Ⅲ易在常温下进行  b．反应Ⅰ中S0₂还原性比HI强
c．循环过程中需补充H₂0    d．循环过程中产生lmol0₂的同时产生lmolH₂
（2）一定温度下，向2L密闭容器中加入1molHI（g），发生反应II，H₂物质的量随时间的变化如图1所示．0～2min内的平均反应速率v（HI）=0.05mol•L^-1•min^-1．该温度下，反应2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）的平衡常数表达式为K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$．相同温度下，若开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，则b是原来的2倍．
a．平衡常数  b．HI的平衡浓度  c．达到平衡的时间  d．平衡时H₂的体积分数

（3）S0₂在一定条件下可氧化生成S0₃，其主反应为：2S0₂ （g）+0₂（g）?2S0₃（g）AH＜O，
若此反应起始的物质的量相同，则图2关系图正确的是bd
实际工业生产使用的条件是：常压、五氧化二钒、500℃，选择该温度条件的原因是催化剂的活性较高、加快反应速率
（4）实际生产用氨水吸收S0₂生成亚硫酸的铵盐．现取a克该铵盐，若将其中的S0₂全部反应出来，应加入18.4mol/L的硫酸溶液的体积范围为$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L．

Answer 1

分析 （1）a．硫酸常温下，不易分解．
b．反应中二氧化硫表现还原性，氧化性比HI强．
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂与1molH₂O．
d．由Ⅲ可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂．
（2）由图可知，2min内H₂物质的量的变化量，然后计算化学反应速率，再利用化学反应速率之比等于化学计量数之比来解答；根据反应方程式写平衡表达式；利用浓度对化学平衡的影响来分析HI的平衡浓度、达到平衡的时间、平衡时H₂的体积分数，但温度不变，平衡常数不变；
（3）升高温度，加快反应速率到达平衡的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低；增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，二氧化硫的含量减少；使用催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不影响平衡，据此结合图象判断；500℃与催化剂的活性、反应速率有关；
（4）二氧化硫和氨水反应可生成亚硫酸铵或亚硫酸氢铵，计算出ag亚硫酸铵或亚硫酸氢铵放出二氧化硫消耗硫酸的体积．

解答 解：（1）a．硫酸常温下温度，不易分解，故a错误；
b．反应中二氧化硫表现还原性，还原性比HI强，故b正确；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂与1molH₂O，循环中水的量减少，故应补充水，故c正确；
d．由Ⅲ可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循环过程中产生l mol O₂的同时产生2mol H₂，故d错误；
故答案为：bc；
（2）由图可知2min内氢气的物质的量增加了0.1mol，则氢气的浓度为$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，用氢气表示的化学反应速率为$\frac{0.05mol/L}{2min}$=0.025mol/（L．min），
由反应中的化学计量数可知v（HI）=0.025mol/（L．min）×2=0.05mol/（L．min）；根据方程式可写出平衡常数表达式为：K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$；
对该反应，当温度不变开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，则温度不变，K不变，故a错；物质的量为原来的2倍，该反应是反应前后气体体积相等的反应，
则反应体系中各物质的浓度都是原来的2倍，故b正确；物质的量增大，则化学反应速率先增大的快，后随浓度的减小，速率增大的程度变小，故c错；
由反应方程式及原来的量与后来的量成正比，则这两种情况下建立的平衡为等效平衡，即平衡时H₂的体积分数相同，故d错；
故答案为：0.05mol•L^-1•min^-1；$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$；b；
（3）升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，二氧化硫的含量升高，故a错误，b正确；增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，二氧化硫的含量减少，图象与实际不符合，故c错误；使用催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不影响平衡，故d正确；
实际工业生产使用的条件是：常压、五氧化二钒、500℃，选择该温度条件的原因是催化剂的活性较高、加快反应速率，
故选：bd；催化剂的活性较高、加快反应速率；
（4）设ag亚硫酸铵完全转化为二氧化硫消耗硫酸的体积为x，设ag亚硫酸氢铵完全转化为二氧化硫消耗硫酸的体积为y：
  （NH₄）₂SO₃ ～H₂SO₄
     116          1mol
      ag         18.4x
$\frac{116g}{ag}$=$\frac{1mol}{18.4x}$，解得x=$\frac{a}{116×18.4}$L
  2NH₄HSO₃ ～H₂SO₄
   198g        1mol
   ag         18.4y 
 $\frac{198g}{a}$=$\frac{1mol}{18.4y}$，解得y=$\frac{a}{198×18.4}$L，
因氨气和二氧化硫反应可能生成亚硫酸铵或亚硫酸氢铵或为亚硫酸铵和亚硫酸酸氢铵的混合物，故消耗硫酸的范围为：$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L，
故答案为：$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L．

点评 本题主要考查了反应方程式的分析及计算，反应平衡图象，题目难度中等．对于图象，要看清图象的含义、拐点、平衡点，结合平衡移动规律进行判断．