Question

11．氢能被视为未来的理想清洁能源，科学家预测“氢能”将是21世纪最理想的新能源．目前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：
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bc．
a．反应Ⅲ易在常温下进行     b．反应I中SO₂还原性比HI强
c．循环过程中需补充H₂O     d．循环过程中产生1molO₂的同时产生1molH₂
（2）一定温度下，向2L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K=$\frac{1}{64}$．相同温度下，若开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，则下列四个选项的量是原来的2倍的有b．

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）如图2为某太空站的能量转化示意图，其中燃料电池用NaOH溶液为电解液．
①光电转换器的能量转换形式为太阳能转化成电能．
②水电解系统中通常加入少量Na₂SO₄，加入Na₂SO₄的目的是增强溶液的导电性．
③燃料电池的负极反应式为：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O．

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，SO₂还原性比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，结合平衡浓度计算平衡常数，化学方程式改变方向，平衡常数互为倒数；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）①光电转换器的能量转换形式为太阳能转化成电能；
②Na₂SO₄在水中电离生成钠离子和硫酸根离子；
③燃料电池放电时的负极发生氧化反应．

解答 解：（1）a．硫酸常温下稳定，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）；根据方程式计算平衡浓度，c（H₂）=0.05mol/L，c（I₂）=0.05mol/L，c（HI）=0.4mol/L，K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（{I}_{2}）}{c（HI）}$=$\frac{0.05×0.05}{0．{4}^{2}}$=$\frac{1}{64}$mol•L^-1•min^-1，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；$\frac{1}{64}$；b；
（3）①光电转换器的能量转换形式为太阳能转化成电能，
故答案为：太阳能转化成电能；
②Na₂SO₄在水中电离生成钠离子和硫酸根离子，所以加入Na₂SO₄的目的是增强溶液的导电性，
故答案为：增强溶液的导电性；
③燃料电池放电时的负极发生氧化反应，在碱性环境下，反应式为2OH^-+H₂-2e^-=2H₂O，
故答案为：2OH^-+H₂-2e^-=2H₂O．

点评 本题主要考查的知识点较多，主要是化学反应速率、平衡常数计算、能量转化形式、原电池等综合性较强，题目难度中等，需要平时对化学平衡、电化学知识的积累．