Question

【題目】熱化學碘硫循環可用于大規模制氫氣，SO2水溶液還原I2和HI分解均是其中的主要反應。回答下列問題：

（1）以太陽能為熱源，熱化學硫碘循環分解水是一種高效、無污染的制氫方法。其反應過程如圖所示。

反應II包含兩步反應：

①H2SO4（l）=SO3（g）+H2O（g） △H1=+177kJ/mol

②2SO3（g）=2SO2（g）+O2（g） △H2=+196kJ/mol

①寫出反應①自發進行的條件是：________。

②寫出反應Ⅱ的熱化學方程式：________。

（2）起始時 HI的物質的量為1mo1，總壓強為0.1MPa下，發生反應HI（g）H2（g）+I2（g） 平衡時各物質的物質的量隨溫度變化如圖所示：

①該反應的△H ________ （“＞”或“＜”）0。

②600℃時，平衡分壓p（I2）= ___MPa，反應的平衡常數Kp=______ （Kp為以分壓表示的平衡常數）。

（3）反應 H2（g）＋I2（g） 2HI（g）的反應機理如下：

第一步：I22I（快速平衡）

第二步：I＋H2H2I（快速平衡）

第三步：H2I＋I 2HI （慢反應）

①第一步反應_____ （填 “放出”或“吸收”）能量。

②只需一步完成的反應稱為基元反應，基元反應如aA＋dD = gG＋hH 的速率方程，v= kca（A）cd（D），k為常數；非基元反應由多個基元反應組成，非基元反應的速率方程可由反應機理推定。H2（g）與I2（g）反應生成 HI（g）的速率方程為v= ____（用含k1、k－1、k2…的代數式表示）。

Answer 1

【答案】高溫 2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=+550kJ/mol ＞ 0.0125 (或0.167) 吸收 c(H2)·c(I2)

【解析】

(1)由反應式①+②可得熱化學方程式；

(2)①隨著溫度的不斷升高，HI的物質的量不斷減小，H2的物質的量不斷增大，則平衡正向移動，所以正反應為吸熱反應；

②從圖中采集數據，600℃時，n(HI)=0.75mol，n(H2)=0.125mol，反應前后氣體分子數不變，從而得出平衡分壓，計算出各組分氣體的分壓，從而求得平衡常數；

(3)①第一步反應斷裂共價鍵，吸收能量；

②反應速率由慢反應決定，即v=k3c(H2I)c(I)，用第一步反應k1c(I2)=k-1c2(I)，求出c(I)的表達式，用第二步的反應k2c(I)c(H2)=k-2c(H2I)，求出c(H2I)的表達式，代入即可求得v。

(1)①反應①是氣體物質的量增大的吸熱反應，由，能自發進行的條件是高溫，故答案為：高溫；

②由反應式①+②可得出反應Ⅱ的熱化學方程式：2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=+550kJ/mol；故答案為：2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=+550kJ/mol；

(2)①隨著溫度的不斷升高，HI的物質的量不斷減小，H2的物質的量不斷增大，則平衡正向移動，所以正反應為吸熱反應，該反應的△H＞0，故答案為：＞；

②從圖中采集數據，600℃時，n(HI)=0.75mol，n(H2)=0.125mol，反應前后氣體分子數不變，從而得出平衡分壓p，各氣體的平衡分壓：，，反應HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常數，故答案為：0.0125；(或0.167)；

(3)①第一步反應斷裂共價鍵，吸收能量，故答案為：吸收；

②反應速率由慢反應決定，即v=k3c(H2I)c(I)，

第一步是快速平衡，k1c(I2)=k-1c2(I)，可得，第二步也是快速平衡，k2c(I)c(H2)=k-2c(H2I)，可得，則速率方程為：，故答案為：img src="http://thumb.zyjl.cn/questionBank/Upload/2020/07/22/00/8fe3223f/SYS202007220000202798657132_DA/SYS202007220000202798657132_DA.002.png" width="49" height="45" style="-aw-left-pos:0pt; -aw-rel-hpos:column; -aw-rel-vpos:paragraph; -aw-top-pos:0pt; -aw-wrap-type:inline" />c(H2)·c(I2)。