Question

【題目】研究含硫物質的循環，是能源開發和利用的重要途徑之一。

(1)研究人員利用含硫物質熱化學循環實現太陽能的轉化與存儲，過程如下：

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

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

反應Ⅱ的熱化學方程式為________。

②對于反應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， 在不同壓強下，H2SO4 在平衡體系中物質的量分數隨溫度的變化關系如下圖所示。下列說法不正確的是___

A.p2＞p1，反應Ⅱ的ΔS < 0

B.使用合適催化劑可以提高 H2SO4 在平衡體系中物質的量分數

C.其他條件相同時，投料比（n(SO2):n(H2O)）改變為 2:1，可提高 SO2 的平衡轉化率

D.當容器內氣體的密度不變時，可判斷反應達到平衡狀態

E.溫度升高，有利于反應速率加快，SO2 的平衡轉化率提高，K 值變小

(2)“硫碘循環”法是分解水制氫氣的研究熱點，涉及下列三個反應：

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

反應B：2HI(g) H2(g) + I2(g)

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

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

達到平衡的次數	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 的次數對 HI 轉化率的影響________。第 2 次平衡時 I2 的物質的量為 n(I2)=_____mol；

②反應 A 發生時，溶液中同時存在以下化學平衡： I2(aq) + I(aq) (aq)，其反應速率極快且平衡常數很大。現將 1mol SO2 緩緩通入含 1 mol I2 的水溶液中恰好完全反應。請在下圖中畫出溶液中的物質的量 n( I3- )隨反應時間 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次數的增加，HI的轉化率逐漸提高，但提高幅度逐漸減小 0.165 (最高點為 0.67)

【解析】

根據蓋斯定律分析判斷即可；結合影響平衡移動的因素分析，注意催化劑不改變平衡移動；根據減小生成物的濃度促進平衡正向移動分析。

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

②A．增大壓強平衡正向移動，硫酸的物質的量增大，由圖可知，p2對應硫酸物質的量分數大，則p2＞pl；反應Ⅱ為氣體體積減小的反應，則△S＜0，故A正確；

B．催化劑對平衡移動無影響，則催化劑不能提高H2SO4在平衡體系中物質的量分數，故B錯誤；

C．投料比【n(SO2)：n(H2O)】改變為2：1，對比投料比【n(SO2)：n(H2O)】為3：2時，相當于增大二氧化硫的物質的量，促進水的轉化，但SO2的平衡轉化率減小，故C錯誤；

D．氣體的體積一定，混合氣體的總質量不確定，當容器內氣體的密度不變時，說明混合氣體總質量一定，則可判斷反應達到平衡狀態，故D正確；

E．反應Ⅱ為放熱反應，溫度升高，有利于反應速率加快，但平衡逆向移動，SO2的平衡轉化率降低，K 值變小，故E錯誤；

故答案為BCE；

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

故2次平衡時I2的物質的量為n(I2)=0.165mol；

②將SO2的通入I2的水溶液，反應生成I-，生成的I-與I2結合得到I3-，隨反應進行I3-物質的量增大，由I原子守恒可知I3-的最大物質的量為≈0.67mol，繼續通入SO2，I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)平衡向左移動，I3-物質的量減小，由SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4可知，二氧化硫與碘單質恰好完全反應，故最終I3-物質的量為0，溶液中I3-的物質的量n(I3-)隨反應時間t變化的曲線圖為：。