题目内容

13.硫一碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:
Ⅰ、SO2+2H2O+I2═H2SO4+2HI
Ⅱ、2HI═H2+I2
Ⅲ、2H2SO4═2SO2↑+O2↑+2H2O
(1)分析上述反应,下列判断正确的是c.
a.反应Ⅲ易在常温下进行         b.反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
c.循环过程中需补充H2Od.循环过程中产生1mol O2的同时产生1mol H2
(2)一定温度下,向1L密闭容器中加入1mol HI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如图所示.
0~2min内的平均反应速率v(HI)=0.1 mol•L-1•min-1.
(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2,若加入少量下列试剂中的b,产生H2的速率将增大(填字母).
a.NaNO3b.CuSO4      c.Na2SO4       d.NaHSO3
(4)以H2为燃料可制成氢氧燃料电池.
已知2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-572KJ•mol-1
    某氢氧燃料电池释放228.8KJ电能时,生成1mol液态水,该电池的能量转化率为80%.
(5)利用氢气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)═CH3OH(g);△H=-90.8kJ•mol-1
②2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g);△H=-23.5kJ•mol-1
③CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g);△H=-41.3kJ•mol-1
总反应:3H2(g)+3CO(g)═CH3OCH3(g)+CO2 (g)的△H=-246.4kJ•mol-1;
(6)判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是cd(填字母).
a.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)        b.混合气体的密度不再改变
c.混合气体的平均相对分子质量不再改变 d.CO、H2、CH3OH的浓度均不再变化
(7)在某温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2反应生成CH3OH(g),达到平衡时CO的转化率为90%,此时容器内的压强为开始时的0.55倍.

分析 (1)根据已知的反应来分析物质的性质,并利用氧化还原反应来分析氧化性的强弱,利用三个已知反应可得到分解水制氢气的反应来解答,
a.因硫酸在常温下稳定常温下不发生;
b.由反应Ⅰ可知,还原剂的还原性大于还原产物的还原性;
c.由反应Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ可得到2H2O═2H2+O2,则该循环中消耗水;
d.化学方程式定量关系计算可知,循环过程中产生1molO2的同时产生2molH2;
(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计算碘化氢的反应速率;
(3)利用原电池原理来分析反应速率加快的原因,
a.若加入NaNO3溶液形成的稀硝酸具有硝酸的强氧化性和锌反应不能生成氢气;
b.加入CuSO4 后,Zn与硫酸铜溶液反应置换出Cu,在溶液中形成原电池反应;
c.Na2SO4 的加入,离子不参与反应,则对化学反应速率无影响;
d.加入NaHSO3会和H+反应,降低c(H+);
(4)根据热化学反应方程式计算生成1mol水放出的能量,再利用燃料电池释放228.8KJ电能来计算电池的能量转化率;
(5)据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减,来构造目标热化学方程式,反应热也乘以相应的数值进行加减,由盖斯定律可知,①×2+②+③得到;
(6)根据化学平衡状态的特征解答,当反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度、百分含量不变,以及由此衍生的一些量也不发生变化,解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;
(7)根据化学反应前后压强之比等于物质的量之比,结合化学反应三行计算方法列式计算.

解答 解:(1)a.因硫酸在常温下稳定,则反应Ⅲ常温下不发生,故a错;
b.由反应Ⅰ可知,还原剂的还原性大于还原产物的还原性,则还原性SO2>HI,即SO2的氧化性比HI的弱,故b错;
c.由反应Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ可得到2H2O═2H2+O2,则该循环中消耗水,需要及时补充水,故c正确;
d.Ⅰ、2SO2+4H2O+2I2═2H2SO4+4HI
Ⅱ、4HI═2H2+2I2
Ⅲ、2H2SO4═2SO2↑+O2↑+2H2O
循环过程中产生1molO2的同时产生2molH2,故d错,
故答案为:c;
(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$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L,用氢气表示的化学反应速率为$\frac{0.1mol/L}{2min}$=0.05mol/(L.min),反应速率之比等于化学方程式计量数之比,0~2min内的平均反应速率v(HI)=2V(H2)=2×0.05mol/(L.min)=0.1mol/(L.min),
故答案为:0.1mol/(L.min);
(3)a.若加入NaNO3溶液形成的稀硝酸具有硝酸的强氧化性,则不会生成氢气,故a错误;
b.加入CuSO4 后,Zn与硫酸铜溶液反应置换出Cu,在溶液中形成原电池反应,则构成原电池加快了化学反应速率,故b正确;
c.Na2SO4 的加入,离子不参与反应,则对化学反应速率无影响,故c错误;
d.加入NaHSO3会和H+反应,降低c(H+),则反应速率减慢,故d错误;
故答案为:b;
(4)由2H2(g)+O2(g)═2H2O(I)△H=-572KJ.mol-1可知,生成1mol水时放出的热量为572KJ×$\frac{1}{2}$=286KJ,
则电池的能量转化率为为$\frac{228.8KJ}{286KJ}$×100%=80%,故答案为:80%.
(5)已知:①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ/mol,
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol,
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.3kJ/mol,
由盖斯定律可知,①×2+②+③得3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.4kJ/mol,
故答案为:-246.4kJ/mol;
(6)2H2(g)+CO(g)═CH3OH(g)△H=-90.8kJ/mol,反应是气体体积减小的放热反应,
a.反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率速率之比,v生成(CH3OH)=v消耗(CO)反应是正反应速率之比,只能说明反应正向进行,不能说明反应达到平衡状态,故a错误;
b.反应前后气体质量不变,体积不变,混合气体的密度始终不改变,不能说明反应达到平衡状态,故b错误;
c.反应前后气体物质的量变化,气体质量不变,则混合气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到平衡状态,故c正确;
d.CO、H2、CH3OH的浓度均不再变化,是化学平衡的标志,故d正确;
故答案为:cd;       
(7)根据题意得到:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
初始物质的量(mol)  2.5     7.5         0
变化的物质的量(mol) 2.25   4.5      2.25
平衡的物质的量 (mol)0.25     3       2.25
气体压强之比等于气体物质的量之比,所以此时容器内的压强和开始时的比值为(0.25+3+2.25):( 2.5+7.5)=0.55,
故答案为:0.55.

点评 本题考查化学反应速率、平衡常数的计算、盖斯定律应用、原电池原理等,难度较大,注意知识的积累,熟练掌握化学基础知识是解题关键.

练习册系列答案
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查阅资料得知:
①常温下,NaBiO3不溶于水,有强氧化性,在碱性条件下,能将Cr3+转化为CrO42-
②常温下,Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-31
回答下列问题:
(1)工业上常采用热还原法制备金属铬,写出以Cr2O3为原料,利用铝  热反应制取金属铬的化学方程式Cr2O3+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al2O3.
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(3)固体E的主要成分是Na2SO4,根据如图分析操作a为蒸发结晶、趁热过滤.

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①Cr(OH)3的化学性质与Al(OH)3相似.在上述生产过程中加入NaOH溶液时要控制溶液的pH不能过高,是因为pH过高Cr(OH)3会与过量的NaOH反应;
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③调整溶液的pH=5时,通过列式计算说明溶液中的Cr3+是否沉淀完全c(Cr3+)•(10-9)3=6.3×10-31,解之得c(Cr3+)=6.3×10-4>10-5,所以没有沉淀完全;
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