Question

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1molHI（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）的平衡常數表達式為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在一定條件下可氧化生成SO₃，其主反應為：2SO₂ (g) + O₂(g) 2SO₃(g) + Q，若此反應起始的物質的量相同，則下列關系圖正確的是_________ (填序號)
 
實際工業生產使用的條件是：常壓、____________________________________選擇該條件的原因是__________________。
（4）實際生產用氨水吸收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18.4 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；；b (各1分)
（3）bd；五氧化二釩、500℃；加快反應速度。（共5分） 
（4）a/116×18.4～a/198×18.4 （2分）

試題分析：（1）a．反應III2H₂SO₄ → 2SO₂+O₂+2H₂O是分解反應，要在高溫下進行。b．根據還原劑的還原性強于還原產物的還原性，故反應I中SO₂還原性比HI強，正確。c．水在循環過程中始終消耗，故需補充H₂O，正確。d．根據電子守恒，循環過程中產生1molO₂轉移4mol電子，同時產生2molH₂，錯誤。故選bc。
（2）根據平均反應速率v(HI)="2v(H2)=2*0.1/(2*2" )= 0.05mol·L^－1·min^－。該溫度下，反應2HI（g）H₂（g）+I₂（g）的平衡常數表達式為K=。相同溫度下，若開始加入HI（g）的物質的量是原來的2倍，根據反應前后體積不變這個特點可知與原平衡是等效平衡，則HI的平衡濃度是原來的2倍，而平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數也不變，平衡時H₂的體積分數相同。
（3）根據反應2SO₂ (g) + O₂(g) 2SO₃(g) + Q的特點，正反應體積減小，放熱反應，故關系圖正確的是bd。實際工業生產還要根據設備的成本，反應速率及催化劑的適宜溫度綜合考慮故使用的條件是：常壓、五氧化二釩、500℃；選擇該條件的原因是加快反應速度。
（4）亞硫酸的銨鹽正鹽和酸式鹽兩種情況。若a克分別是兩種銨鹽時，應加入18.4 mol/L的硫酸溶液的體積設為v，則
(NH₄)₂SO₃  -----H₂SO₄   2NH₄HSO₃----H₂SO₄
a/116         a/116     a/99        a/198
v=a/116×18.4                 v=a/198×18.4，應加入18.4 mol/L的硫酸溶液的體積范圍為a/198×18.4----a/116×18.4。