Question

【题目】氢气是一种清洁高效的新型能源，如何经济实用的制取氢气成为重要课题。

(1)硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法，其流程图如下：

已知：

反应I：SO2(g) + I2(g) + 2H2O(l) = 2HI(aq) + H2SO4(aq) ΔH1=﹣213 kJ·mol-1

反应II：H2SO4(aq) = SO2(g) + H2O(l) +1/2O2(g) ΔH2= +327 kJ·mol-1

反应III：2HI(aq) = H2(g) + I2(g) ΔH3= +172 kJ·mol-1

则反应2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g) ΔH= ________。

(2)H2S可用于高效制取氢气，发生的反应为2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。

Ⅰ.若起始时容器中只有H2S，平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图：

①图中曲线1表示的物质是________________(填化学式)。

②A点时H2S的转化率为__________________。

③C点时，设容器内的总压为pPa，则平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

II.若在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0mol H2S、1.0mol H2S，测得不同温度下H2S的平衡转化率如图所示：

①M点和O点的逆反应速率v(M)______v(O) (填“>”“<”或“=”，下同)；

②M、N两点容器内的压强2P(M)_____P(N)，平衡常数K(M)_____K(N)。

Answer 1

【答案】＋572kJ·mol－1 S2 50% p Pa < < <

【解析】

(1)利用盖斯定律进行反应2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g) ΔH的计算；

(2)Ⅰ.由反应方程式2H2S(g)S2(g)+2H2(g)可知，若起始时容器中只有H2S，平衡时S2的物质的量为H2的，则曲线l表示的物质是S2，曲线m表示的物质是H2S，曲线n表示的物质是H2，据此分析解答；

Ⅱ.反应2H2S(g)S2(g)+2H2(g)中，H2S的物质的量增加，其平衡转化率反而减小，即M点和O点分别所在的曲线代表H2S的起始量为0.1mol和0.2mol，据此解答；

(1)根据盖斯定律，反应(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ)×2可得到反应2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)，其ΔH=2(ΔH1+ΔH2+ΔH3)=2×(172+327-213)=+572kJ·mol-1，故答案为：+572kJ·mol-1；

(2)Ⅰ.①由反应方程式2H2S(g)S2(g)+2H2(g)可知，若起始时容器中只有H2S，平衡时S2的物质的量为H2的，则曲线l表示的物质是S2，故答案为：S2；

②根据图像，A点时，硫化氢和氢气的物质的量相等，根据2H2S(g)S2(g)+2H2(g)，说明反应的硫化氢与剩余的硫化氢相等，H2S的转化率为50%，故答案为：50%；

③根据A点可知，起始时硫化氢为20mol，B点时，硫化氢与S2的物质的量相等，设分解的硫化氢为x，则20-x=，解得x=mol，容器中含有H2Smol，S2mol，H2mol，物质的量分数分别为，，，平衡常数Kp=，故答案为：p Pa；

Ⅱ.①反应2H2S(g)S2(g)+2H2(g)中，H2S的物质的量增加，其平衡转化率反而减小，即M点和O点分别所在的曲线代表H2S的起始量为0.1mol和0.2mol，恒容容器中，M点的浓度小于O点，则逆反应速率v(M)< v(O)，故答案为：<；

②由图像可知，H2S的转化率均为45%，可列三段式有：

n(总)N=1.1+0.45+0.9=2.45mol

n(总)M=0.55+0.45+0.225=1.225mol

2n(总)M=n(总)M，又图像可知TM<TN，由PV=nRT可得，2P(M)<P(N)，，，则K(M)<K(N)，故答案为：<；<。