Question

【題目】研究含硫物質(zhì)的循環(huán)，是能源開發(fā)和利用的重要途徑之一。

(1)研究人員利用含硫物質(zhì)熱化學(xué)循環(huán)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)，過(guò)程如下：

①反應(yīng)Ⅰ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJmol -1

反應(yīng)Ⅲ：S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH3=－297 kJmol -1

反應(yīng)Ⅱ的熱化學(xué)方程式為________。

②對(duì)于反應(yīng)Ⅱ，將投料比（n(SO2):n(H2O)）為 3:2 的混合氣體充入恒容的密閉容器中， 在不同壓強(qiáng)下，H2SO4 在平衡體系中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。下列說(shuō)法不正確的是___

A.p2＞p1，反應(yīng)Ⅱ的ΔS < 0

B.使用合適催化劑可以提高 H2SO4 在平衡體系中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)

C.其他條件相同時(shí)，投料比（n(SO2):n(H2O)）改變?yōu)?/span> 2:1，可提高 SO2 的平衡轉(zhuǎn)化率

D.當(dāng)容器內(nèi)氣體的密度不變時(shí)，可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

E.溫度升高，有利于反應(yīng)速率加快，SO2 的平衡轉(zhuǎn)化率提高，K 值變小

(2)“硫碘循環(huán)”法是分解水制氫氣的研究熱點(diǎn)，涉及下列三個(gè)反應(yīng)：

反應(yīng)A：SO2(g) + I2(aq) + 2H2O(l) ＝ 2HI(aq) + H2SO4(aq)

反應(yīng)B：2HI(g) H2(g) + I2(g)

反應(yīng)C：2H2SO4(g) 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g)

①某溫度下將 1mol HI 充入密閉容器中發(fā)生反應(yīng)B，達(dá)到第 1 次平衡后，用選擇性膜完全分離出 H2，達(dá)到第 2 次平衡后再次分離H2，重復(fù)多次，平衡時(shí) n(HI)如下表：

達(dá)到平衡的次數(shù)	第 1 次	第 2 次	第 3 次	第 4 次	第 5 次	……
n(HI)/mol	0.78	0.67	0.60	0.55	0.51	……

歸納出分離 H2 的次數(shù)對(duì) HI 轉(zhuǎn)化率的影響________。第 2 次平衡時(shí) I2 的物質(zhì)的量為 n(I2)=_____mol；

②反應(yīng) A 發(fā)生時(shí)，溶液中同時(shí)存在以下化學(xué)平衡： I2(aq) + I(aq) (aq)，其反應(yīng)速率極快且平衡常數(shù)很大。現(xiàn)將 1mol SO2 緩緩?fù)ㄈ牒?/span> 1 mol I2 的水溶液中恰好完全反應(yīng)。請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出溶液中的物質(zhì)的量 n( I3- )隨反應(yīng)時(shí)間 t 變化的曲線圖____。

Answer 1

【答案】3SO2(g)+2H2O (g)=2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=254 kJ·mol1 BCE 隨著分離 H2次數(shù)的增加，HI的轉(zhuǎn)化率逐漸提高，但提高幅度逐漸減小 0.165 (最高點(diǎn)為 0.67)

【解析】

根據(jù)蓋斯定律分析判斷即可；結(jié)合影響平衡移動(dòng)的因素分析，注意催化劑不改變平衡移動(dòng)；根據(jù)減小生成物的濃度促進(jìn)平衡正向移動(dòng)分析。

(1)①反應(yīng)Ⅰ：2H2SO4(l)═2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)△H1=+551kJmol-1，反應(yīng)Ⅲ：S(s)+O2(g)═SO2(g)△H3=-297kJmol-1，結(jié)合蓋斯定律可知，-I-III得3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)，其△H=-(+551kJmol-1)-(-297kJmol-1)=-254kJ/mol，則反應(yīng)Ⅱ的熱化學(xué)方程式為3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)△H=-254kJ/mol；

②A．增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，硫酸的物質(zhì)的量增大，由圖可知，p2對(duì)應(yīng)硫酸物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大，則p2＞pl；反應(yīng)Ⅱ?yàn)闅怏w體積減小的反應(yīng)，則△S＜0，故A正確；

B．催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，則催化劑不能提高H2SO4在平衡體系中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，故B錯(cuò)誤；

C．投料比【n(SO2)：n(H2O)】改變?yōu)?/span>2：1，對(duì)比投料比【n(SO2)：n(H2O)】為3：2時(shí)，相當(dāng)于增大二氧化硫的物質(zhì)的量，促進(jìn)水的轉(zhuǎn)化，但SO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；

D．氣體的體積一定，混合氣體的總質(zhì)量不確定，當(dāng)容器內(nèi)氣體的密度不變時(shí)，說(shuō)明混合氣體總質(zhì)量一定，則可判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

E．反應(yīng)Ⅱ?yàn)榉艧岱磻?yīng)，溫度升高，有利于反應(yīng)速率加快，但平衡逆向移動(dòng)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，K 值變小，故E錯(cuò)誤；

故答案為BCE；

(2)①分離出氫氣，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，隨著分離氫氣次數(shù)的增加，HI的轉(zhuǎn)化率逐漸提高，但提高幅度逐漸減小；

故2次平衡時(shí)I2的物質(zhì)的量為n(I2)=0.165mol；

②將SO2的通入I2的水溶液，反應(yīng)生成I-，生成的I-與I2結(jié)合得到I3-，隨反應(yīng)進(jìn)行I3-物質(zhì)的量增大，由I原子守恒可知I3-的最大物質(zhì)的量為≈0.67mol，繼續(xù)通入SO2，I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)平衡向左移動(dòng)，I3-物質(zhì)的量減小，由SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4可知，二氧化硫與碘單質(zhì)恰好完全反應(yīng)，故最終I3-物質(zhì)的量為0，溶液中I3-的物質(zhì)的量n(I3-)隨反應(yīng)時(shí)間t變化的曲線圖為：。