Question

13．分解水制氫氣的工業(yè)制法之一是硫．碘循環(huán)，主要涉及下列反應：
ⅠSO₂+2H₂0+I₂═H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HI?H₂+I₂
Ⅲ2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
（1）分析上述反應，下列判斷正確的是bc
a．反應Ⅲ易在常溫下進行  b．反應Ⅰ中S0₂還原性比HI強
c．循環(huán)過程中需補充H₂0    d．循環(huán)過程中產生lmol0₂的同時產生lmolH₂
（2）一定溫度下，向2L密閉容器中加入1molHI（g），發(fā)生反應II，H₂物質的量隨時間的變化如圖1所示．0～2min內的平均反應速率v（HI）=0.05mol•L^-1•min^-1．該溫度下，反應2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$．相同溫度下，若開始加入HI（g）的物質的量是原來的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)

（3）S0₂在一定條件下可氧化生成S0₃，其主反應為：2S0₂ （g）+0₂（g）?2S0₃（g）AH＜O，
若此反應起始的物質的量相同，則圖2關系圖正確的是bd
實際工業(yè)生產使用的條件是：常壓、五氧化二釩、500℃，選擇該溫度條件的原因是催化劑的活性較高、加快反應速率
（4）實際生產用氨水吸收S0₂生成亞硫酸的銨鹽．現(xiàn)取a克該銨鹽，若將其中的S0₂全部反應出來，應加入18.4mol/L的硫酸溶液的體積范圍為$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L．

Answer 1

分析 （1）a．硫酸常溫下，不易分解．
b．反應中二氧化硫表現(xiàn)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）由圖可知，2min內H₂物質的量的變化量，然后計算化學反應速率，再利用化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比來解答；根據反應方程式寫平衡表達式；利用濃度對化學平衡的影響來分析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；
（3）升高溫度，加快反應速率到達平衡的時間縮短，逆反應速率增大更多，平衡向逆反應方向移動，三氧化硫的含量降低；增大壓強，加快反應速率到達平均的時間縮短，正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，二氧化硫的含量減少；使用催化劑，能加快反應速率，縮短達到平衡的時間，但不影響平衡，據此結合圖象判斷；500℃與催化劑的活性、反應速率有關；
（4）二氧化硫和氨水反應可生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨，計算出ag亞硫酸銨或亞硫酸氫銨放出二氧化硫消耗硫酸的體積．

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(xiàn)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(huán)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(huán)過程中產生l mol O₂的同時產生2mol H₂，故d錯誤；
故答案為：bc；
（2）由圖可知2min內氫氣的物質的量增加了0.1mol，則氫氣的濃度為$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，用氫氣表示的化學反應速率為$\frac{0.05mol/L}{2min}$=0.025mol/（L．min），
由反應中的化學計量數(shù)可知v（HI）=0.025mol/（L．min）×2=0.05mol/（L．min）；根據方程式可寫出平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$；
對該反應，當溫度不變開始加入HI（g）的物質的量是原來的2倍，則溫度不變，K不變，故a錯；物質的量為原來的2倍，該反應是反應前后氣體體積相等的反應，
則反應體系中各物質的濃度都是原來的2倍，故b正確；物質的量增大，則化學反應速率先增大的快，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：0.05mol•L^-1•min^-1；$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$；b；
（3）升高溫度，加快反應速率到達平均的時間縮短，逆反應速率增大更多，平衡向逆反應方向移動，三氧化硫的含量降低，二氧化硫的含量升高，故a錯誤，b正確；增大壓強，加快反應速率到達平均的時間縮短，正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，二氧化硫的含量減少，圖象與實際不符合，故c錯誤；使用催化劑，能加快反應速率，縮短達到平衡的時間，但不影響平衡，故d正確；
實際工業(yè)生產使用的條件是：常壓、五氧化二釩、500℃，選擇該溫度條件的原因是催化劑的活性較高、加快反應速率，
故選：bd；催化劑的活性較高、加快反應速率；
（4）設ag亞硫酸銨完全轉化為二氧化硫消耗硫酸的體積為x，設ag亞硫酸氫銨完全轉化為二氧化硫消耗硫酸的體積為y：
  （NH₄）₂SO₃ ～H₂SO₄
     116          1mol
      ag         18.4x
$\frac{116g}{ag}$=$\frac{1mol}{18.4x}$，解得x=$\frac{a}{116×18.4}$L
  2NH₄HSO₃ ～H₂SO₄
   198g        1mol
   ag         18.4y 
 $\frac{198g}{a}$=$\frac{1mol}{18.4y}$，解得y=$\frac{a}{198×18.4}$L，
因氨氣和二氧化硫反應可能生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨或為亞硫酸銨和亞硫酸酸氫銨的混合物，故消耗硫酸的范圍為：$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L，
故答案為：$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L．

點評 本題主要考查了反應方程式的分析及計算，反應平衡圖象，題目難度中等．對于圖象，要看清圖象的含義、拐點、平衡點，結合平衡移動規(guī)律進行判斷．