Question

硫一碘循環分解水制氫主要涉及下列反應：
Ⅰ．SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI    
Ⅱ．2HI═H₂+I₂
Ⅲ．2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
（1）分析上述反應，下列判斷不正確的是

 

（填編號）．
a．反應Ⅲ易在常溫下進行；   b．反應I中SO₂的還原性比HI強
c．循環過程中需補充H₂O；    d．循環過程產生1mol O₂的同時產生2mol H₂
（2）下列可以證明2HI═H₂+I₂（g）已達平衡狀態的是

 

（填編號）．
a．一個H-H 鍵斷裂的同時有2個H-I鍵斷裂
b．HI的體積分數與I₂ 的體積分數相等
c．溫度和體積一定時，某一生成物的濃度不再變化
d．溫度和體積一定時，容器內的壓強不再變化
（3）某溫度下，向2L的密閉容器中，加入1mol HI（g），發生反應Ⅱ，H₂物質的量隨時間的變化關系如圖所示．0～2min內的平均反應速率v（I₂）=

 

．該溫度下，H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）的平衡常數K=

 

．
（4）實驗室用Zn和稀硫酸制取H₂，為了減緩反應的速率，向稀硫酸中加入了少量CH₃COONa固體，反應時溶液中水的電離平衡

 

移動（填“向右”、“向左”或“不”），加入了CH₃COONa囤體對制取H₂的量

 

影響（填“有”或“無”）．
（5）以H₂為燃料可制作氫氧燃料電池．已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-572KJ?mol^-1 若以KOH溶液為電解質溶液，該燃料電池的負極反應式為

 

，正極反應式為

 

，若該燃料電池釋放214.5kJ電能時，生成1mol液態水，該電池的能量轉化率為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,化學電源新型電池,反應速率的定量表示方法,化學平衡常數的含義,化學反應速率的影響因素,化學平衡狀態的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）a．硫酸常溫下，不易分解．
b．反應中二氧化硫表現還原性，氧化性比HI強．
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O．
d．由Ⅲ可知產生lmolO₂的同時產生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂；
（2）化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，注意該反應中反應物的化學計量數之和與生成物的化學計量數相等的特征；
（3）依據化學反應速率概念計算，V=

△c

△t

計算得到碘單質反應速率，結合平衡常數是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
（4）酸對水的電離起到抑制作用分析，強酸變化為弱酸，反應速率減小，氫離子物質的量不變；
（5）根據題給總反應式可知，H₂在反應中被氧化，應從負極通入，又因為是KOH溶液，不可能生成H⁺，負極反應為2H₂+4OH^-=4H₂O+4e^-，正極反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；依據轉化率概念計算，實際放熱除以理論放熱；

解答： 解：（1）a．硫酸常溫下溫度，不易分解，故a錯誤；
b．反應中二氧化硫表現還原性，還原性比HI強，故b正確；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O，循環中水的量減少，故應補充水，故c正確；
d．由Ⅲ可知產生lmolO₂的同時產生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循環過程中產生l mol O₂的同時產生2mol H₂，故d正確；
故選：a；
（2）2HI═H₂+I₂（g）反應是氣體體積不變的反應
a．一個H-H 鍵斷裂的同時有2個I-H鍵斷裂，說明正逆反應速率相同，說明反應達到平衡狀態，故a正確；
b．HI的體積分數與I₂ 的體積分數相等，起始量，變化量有關，不能說明反應達到平衡狀態，故b錯誤；
c．溫度和體積一定時，某一生成物的濃度不再變化是破壞標志，故c正確；
d．反應前后氣體體積不變，溫度和體積一定時，容器內的壓強不再變化不能說明反應達到平衡狀態，故d錯誤；
故答案為：ac；
（3）某溫度下，向2L的密閉容器中，加入1mol HI（g），發生反應Ⅱ，H₂物質的量隨時間的變化關系如圖所示，計算去表示的反應速率V（H₂）=

0.2mol 2L

2min

=0.05mol/L?min，依據反應速率之比等于化學方程式計量數之比，0～2min內的平均反應速率v（I₂）=V（H₂）=0.05mol/L?min，
                 2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
起始量（mol/L）   0.5       0      0
變化量（mol/L）  0.2       0.1    0.1
平衡量（mol/L）  0.3       0.1    0.1
K=

0.1×0.1

0．32

；
該溫度下，H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）的平衡常數K是上述反應平衡常數的倒數=

0．32

0.1×0.1

=9，
故答案為：0.05mol/L?min，9；
（4）實驗室用Zn和稀硫酸制取H₂，為了減緩反應的速率，向稀硫酸中加入了少量CH₃COONa固體，生成醋酸，氫離子濃度減小，反應時溶液中水的電離平衡向右移動，加入醋酸鈉，硫酸反應生成醋酸弱電解質，減慢反應速率，氫離子物質的量不變，生成氫氣量不變；
故答案為：向右，無；
（5）根據反應式可知H₂在反應中被氧化，O₂被還原，H₂應在負極發生反應，O₂在正極反應，燃料與氧氣燃燒的總化學方程式為2H₂+O₂=2H₂O，電解質溶液呈堿性，則正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；負極的電極方程式為2H₂+4OH^-=4H₂O+4e^-，已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-572KJ?mol^-1，若該燃料電池釋放214.5kJ電能時，生成1mol液態水，該電池的能量轉化率=

214.5KJ

572 2 KJ

×100%=75%
故答案為：2H₂+4OH^-=4H₂O+4e^-；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；75%；

點評：本題考查了化學平衡、反應速率影響因素分析，平衡常數、反應速率計算應用，原電池原理和電極反應書寫，注意平衡狀態的判斷方法，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．