Question

化學(xué)反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用

（1）利用“化學(xué)蒸氣轉(zhuǎn)移法”制備TaS₂晶體，發(fā)生如下反應(yīng)
TaS₂（s）+2I₂（g）═TaI₄（g）+S₂（g）△H＞0 （I）
反應(yīng)（I）的平衡常數(shù)表達式K=

 

，若K=1，向某恒容密閉容器中加入1mol I₂（g）和足量TaS₂（s），I₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

（列式計算）
（2）如圖1所示，反應(yīng)（I）在石英真空管中進行，先在溫度為T₂的一端放入未提純的TaS₂粉末和少量I₂（g），一段時間后，在溫度為T₁的一端得到了純凈的TaS₂晶體，則溫度T₁

 

T₂（填“＞”“＜”或“=”）．上述反應(yīng)體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是

 

．
（3）硫-碘循環(huán)分解水制氫主要涉及下列反應(yīng)：
Ⅰ．SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI
Ⅱ.2HI?H₂+I₂
Ⅲ.2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
①分析上述反應(yīng)，下列判斷不正確的是

 

a．反應(yīng)Ⅲ在常溫下難以進行       b．反應(yīng)Ⅰ中SO₂的還原性比HI強
c．循環(huán)過程中需補充H₂SO₄       d．循環(huán)過程中產(chǎn)生1mol O₂的同時產(chǎn)生1mol H₂
②一定溫度下，向1L密閉容器中加入1mol HI（g），發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，H₂物質(zhì)的量隨時間的變化如圖2所示．0～2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（HI）=

 

；相同溫度下，若開始加入HI（g）的物質(zhì)的量是原來的2倍，則b

 

是原來的2倍．
a．平衡常數(shù)          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(shù)
（4）以H₂為燃料可制成氫氧燃料電池．
已知  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H=-572KJ?mol^-1某氫氧燃料電池釋放228.8KJ電能時，生成1mol液態(tài)水，該電池的能量轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：基本概念與基本理論,化學(xué)平衡專題

分析：（1）通過題意求出平衡濃度，帶入K值可以得出轉(zhuǎn)化率為66.7%；
（2）通過題意溫度T₂端利于反應(yīng)正向進行，為高溫，溫度T₁端利于反應(yīng)向左進行，為低溫，所以T₁＜T₂；
（3）①根據(jù)已知的反應(yīng)來分析物質(zhì)的性質(zhì)，并利用氧化還原反應(yīng)來分析氧化性的強弱，利用三個已知反應(yīng)可得到分解水制氫氣的反應(yīng)來解答；
②由圖可知，2min內(nèi)H₂物質(zhì)的量的變化量，然后計算化學(xué)反應(yīng)速率，再利用化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比來解答；利用三段法計算平衡時各物質(zhì)的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)的表達式來計算即可；利用濃度對化學(xué)平衡的影響來分析HI的平衡濃度、達到平衡的時間、平衡時H₂的體積分數(shù)，但溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（4）根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式計算生成1mol水放出的能量，再利用燃料電池釋放228.8KJ電能來計算電池的能量轉(zhuǎn)化率．

解答： 解：（1）根據(jù)題意反應(yīng)（Ⅰ）的平衡常數(shù)表達式K=

c(TaI4)c(S2)

c2(I2)

；
若K=1，設(shè) I₂的平衡轉(zhuǎn)化率為x，則參加反應(yīng)的為xmol，平衡時生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂為（1-x）mol，
根據(jù)K=

c(TaI4)c(S2)

c2(I2)

=

0.5x×0.5x

(1-x)2

=1，
解之得：x=66.7%，
故答案為：

c(TaI4)c(S2)

c2(I2)

；66.7%；
（2）由所給方程式可知該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，通過題意溫度T₂端利于反應(yīng)正向進行，為高溫，溫度T₁端利于反應(yīng)向左進行，為低溫，所以T₁＜T₂，I₂是可以循環(huán)使用的物質(zhì)；故答案為：＜；I₂；
（3）①因硫酸在常溫下穩(wěn)定，則反應(yīng)Ⅲ常溫下不發(fā)生，故a正確；由反應(yīng)Ⅰ可知，還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物的還原性，則還原性SO₂＞HI，即SO₂的氧化性比HI的弱，故b正確；由反應(yīng)Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ可得到2H₂O═2H₂+O₂，則該循環(huán)中消耗水，需要及時補充水，故c錯誤；循環(huán)過程中產(chǎn)生1molO₂的同時產(chǎn)生2molH₂，故d錯；故答案為：c、d；
②由圖可知2min內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量增加了0.1mol，則氫氣的濃度為

0.1mol

1L

=0.1mol/L，用氫氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率為

0.1mol/L

2mim

=0.05mol/（L．min），
由反應(yīng)中的化學(xué)計量數(shù)可知v（HI）為0.05mol/（L．min）×2=0.1mol/（L．min）；
對該反應(yīng)，當溫度不變開始加入HI（g）的物質(zhì)的量是原來的2倍，則溫度不變，K不變，故a錯；物質(zhì)的量為原來的2倍，該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，
則反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度都是原來的2倍，故b正確；物質(zhì)的量增大，則化學(xué)反應(yīng)速率先增大的快，后隨濃度的減小，速率增大的程度變小，故c錯；
由反應(yīng)方程式及原來的量與后來的量成正比，則這兩種情況下建立的平衡為等效平衡，即平衡時H₂的體積分數(shù)相同，故d錯；
故答案為：0.1mol/L．min；b；
（4）由2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H=-572KJ．mol^-1可知，生成1mol水時放出的熱量為572KJ×

1

2

=286KJ，則電池的能量轉(zhuǎn)化率為為

228.8KJ

286KJ

×100%=80%，故答案為：80%．

點評：本題較復(fù)雜，考查的知識點多，注重了基礎(chǔ)知識和基本技能的訓(xùn)練，同時體現(xiàn)新課程改革的指導(dǎo)思想，明確氧化還原反應(yīng)、平衡移動、電化學(xué)的知識點是解答本題的關(guān)鍵．