Question

16．氫能是高效清潔的合體能源，也是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗?br />
（1）以太陽能為熱源，熱化學硫碘循環(huán)分解水是一種高效、無污染的制氫方法．其反應過程如圖1所示：
①反應Ⅰ的離子方程式是SO₂+2H₂O+I₂=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，反應Ⅰ得到的產物用I₂進行分離，該產物的溶液在過量I₂的存在下會分成兩層：含低濃度I₂的H₂SO₄層和含高濃度I₂的HI層．經離子濃度檢測，H₂SO₄溶液層中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2.06：1，其比值大于2的原因是硫酸層中含少量的HI，且HI電離出氫離子
②反應Ⅱ：2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mo1^-1
它由兩步反應組成：�。瓾₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mo1^-1；
ⅱ．SO₃（g）分解寫出SO₃（g）分解的熱化學方程式2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上利用吸熱反應C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g），也可制備氫氣．一定條件下，將C（s）和H₂O（g）分別加入甲、乙兩個密閉容器發(fā)生反應，其相關數據如表所示：

容器	容積/L	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol
			C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2
乙	1	T2	1	2	1.2

①T₁℃時，該反應的平衡常數K=12.8．T₁＞T₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
②若乙容器中達到平衡所需時間為3min，則當反應進行到1.5min時，H₂O（g）的物質的量的濃度B（填選項字母）．
A．=1.4mol/L      B．＜1.4mol/L     C．＞1.4mol/L
③某同學為了研究反應條件對化學平衡的影響，測得逆反應速率與時間的關系如圖2所示．可見在t₁、t₃、t₅、t₇時反應都達到了平衡狀態(tài)，如果t₂、t₄、t₆、t₈時都只改變了一個反應條件，則從t₁到t₈哪個時間段H₂O （g）的平衡轉化率最低t₇-t₈，t₄時刻改變的條件是降低溫度．
（3）如圖3是一種電化學制備H₂的方法，裝置中的MEA為允許質子通過的電解質膜．
①寫出陽極電極的反應式：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺．
②電解產生的氫氣可以用鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）來儲存，合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物（其中氫的質量分數為0.077）和一種金屬單質，該反應的化學方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．

Answer 1

分析 （1）①根據圖知，SO₂、I₂、H₂O是反應物，HI、H₂SO₄是生成物，根據反應物和生成物書寫方程式；H₂SO₄中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2：1，且HI電離出氫離子；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
將方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）焓變進行相應的改變；
（2）①利用三段式計算平衡時各組分的物質的量，再根據平衡常數k計算；從表中數據可知，甲乙兩容器中反應物濃度相同，乙達到平衡時H₂（g）的平衡量比甲的一半小，則T₂對T₁平衡逆向移動，由已知該反應正向為吸熱反應，則T₂對T₁是降低溫度，說明T₂溫度低；
②隨反應進行，物質的濃度降低，反應速率較短，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，據此解答；
③該反應是一個反應前后氣體體積增大的且是正反應是吸熱的化學反應，t₂時逆反應速率增大，且平衡時反應速率大于t₂時反應速率，平衡向逆反應方向移動，t₈時反應速率增大，但平衡不移動，根據外界條件對化學反應速率的影響來分析解答；
（3）①根據圖3可知陽極應為甲醇失電子得到CO₂；
②合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物，其中氫的質量分數為0.077和一種金屬單質，據此推出MgH₂和Al，由此寫出反應方程式．

解答 解：（1）①根據圖知，SO₂、I₂、H₂O是反應物，HI、H₂SO₄是生成物，根據反應物和生成物書寫方程式為SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，離子方程式為：SO₂+2H₂O+I₂=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；H₂SO₄層中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2.06：1．其比值大于2的原因是硫酸層中含少量的HI，且HI電離出氫離子，
故答案為：SO₂+2H₂O+I₂=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；硫酸層中含少量的HI，且HI電離出氫離子；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
將方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=（+550kJ•mol^-1）-2（+177kJ•mol^-1）=+196 kJ•mol^-1，
故答案為：2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196 kJ•mol^-1；
（2）①由表中數據可知，平衡時氫氣的物質的量為3.2mol，則：
          C（s）+2H₂0（g）?C0₂（g）+2H₂（g）
開始（mol）：2      4        0        0
轉化（mol）：1.6    3.2      1.6      3.2
平衡（mol）：0.4    0.8      1.6      3.2
平衡常數k=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{1.6}{2}×（\frac{3.2}{2}）^{2}}{（\frac{0.8}{2}）^{2}}$=12.8，
從表中數據可知，甲乙兩容器中反應物濃度相同，乙達到平衡時H₂（g）的平衡量比甲的一半小，則T₂對T₁平衡逆向移動，由已知該反應正向為吸熱反應，則T₂對T₁是降低溫度，說明T₂溫度低，
故答案為：12.8；＞；
②3min內水蒸氣的濃度變化量=氫氣的濃度變化量的一半=$\frac{1.2mol}{1L}$×$\frac{1}{2}$=0.6mol/L，隨反應進行，物質的濃度降低，反應速率較短，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，故反應進行到1.5min時，H₂O（g）的物質的量濃度小于2mol/L-0.6mol/L=1.4mol/L，
故答案為：B；
③t₁到t₆平衡都逆向移動，而t₆時平衡正向移動，是因為增加反應物的濃度，而C是固體，所以是增加水蒸氣的量，所以本身的轉化率降低，t₈時反應速率增大，但平衡不移動，故平衡轉化率最低t₇-t₈ （或“t₇到t₈”），t₄時刻速率都比原來速率小，平衡逆向，所以是降低溫度，
故答案為：t₇-t₈；降低溫度；
（3）①根據圖3可知陽極應為甲醇失電子得到CO₂，則陽極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
②合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物，其中氫的質量分數為0.077和一種金屬單質，據此推出MgH₂和Al，由此寫出反應方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al；
故答案為：Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數的影響因素判斷，電離平衡，屬于拼合型題目，對學生的心理有較高的要求，掌握基礎是關鍵，難度中等．