Question

氫能被視為未來的理想清潔能源，科學家預測“氫能”將是21世紀最理想的新能源。目前分解水制氫氣的工業制法之一是“硫—碘循環”，主要涉及下列反應：
Ⅰ  SO₂+2H₂O+I₂＝ H₂SO₄+2HI 　　　　　Ⅱ   2HIH₂+I₂
Ⅲ  2H₂SO₄＝ 2SO₂↑+O₂↑+2H₂O
（1）分析上述反應，下列判斷正確的是      。
a．反應Ⅲ易在常溫下進行     b．反應I中SO₂還原性比HI強
c．循環過程中需補充H₂O      d．循環過程中產生1molO₂的同時產生1molH₂
（2）一定溫度下，向2L密閉容器中加入1mol HI(g)，發生反應Ⅱ，H₂物質的量隨時間的變化如圖所示。0—2min內的平均反應速率v(HI)=    　 。該溫度下，反應2HI(g)H₂(g)+I₂(g)的平衡常數K=     。相同溫度下，若開始加入HI(g)的物質的量是原來的2倍，則      是原來的2倍。

a．平衡常數           b．HI的平衡濃度 
c．達到平衡的時間      d．平衡時H₂的體積分數
（3）SO₂在一定條件下可被氧化生成SO₃，其反應為：2SO₂ (g) + O₂(g) 2SO₃(g) △H<0。某科研單位利用原電池原理，用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸。

①a電極的電極反應式為                      ；
②若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應的SO₂與加入的H₂O的質量比為   。          
（4）實際生產還可以用氨水吸收SO₂生成亞硫酸的銨鹽。現取a克該銨鹽，若將其中的SO₂全部反應出來，應加入10 mol/L的硫酸溶液的體積范圍為                。

Answer 1

（1）bc(2分)
（2）0.05mol·L^－1·min^－1(2分)；1.56×10^-2或1/64(2分)；b (2分)
（3）①SO₂ +2H₂O-2e^-=SO₄^2-+ 4H⁺(2分)  ②8∶15(2分)
（4） (a/1160)L～(a/1980)L (3分)

試題分析：（1）反應Ⅲ，2H₂SO₄＝=2SO₂↑+O₂↑+2H₂O，硫酸是高沸點，在常溫下不易分解，a不正確；反應I，SO₂+2H₂O+I₂＝ H₂SO₄+2HI中，反應物SO₂還原性比產物HI強，b正確；循環過程中H₂O被分解為H₂和O₂，故需補充H₂O不正確；由H₂O被分解可知產生1molO₂的同時產生2molH₂，D不正確。
（2）v(HI)= =0.05mol·L^－1·min^－1。該溫度下，反應2HI(g)H₂(g)+I₂(g)到達平衡時，c(H₂)=c(I₂)= 0.1mol·L^－1，c(HI)= 0.8mol·L^－1的平衡常數K==1.56×10^-2。相同溫度下，若開始加入HI(g)的物質的量是原來的2倍，溫度不變平衡常數不變；加壓平衡不移動，故HI的平衡濃度是原來的2倍；濃度最大，速率加快，達到平衡的時間少于原來的2倍；平衡時H₂的體積分數不變。
（3）①a電極得到電子，物質被氧化，故是SO₂通入的電極，反應式為SO₂ +2H₂O-2e^-=SO₄^2-+ 4H⁺；
②理論上2SO₂+2H₂O+O₂==2H₂SO₄，硫酸濃度仍為49%假設49g即0.5mol H₂SO₄，需要SO₂是0.5mol、H₂O是0.5mol，硫酸溶液中還有水51g，理論上參加反應的SO₂與加入的H₂O的質量比為0.5mol×32g·mol^-1：(0.5mol×18g·mol^-1+51g)=8:15。
（4）實際生產還可以用氨水吸收SO₂生成亞硫酸的銨鹽。即(NH₄)₂SO₃或NH₄HSO₃現取a克該銨鹽，讓它們分別于硫酸溶液反應，可計算出體積范圍為(a/1160)L～(a/1980)L。