Question

5．以化學(xué)反應(yīng)原理為依據(jù)，以實(shí)驗(yàn)室研究為基礎(chǔ)，可以實(shí)驗(yàn)許多化工生產(chǎn)
Ⅰ．分解水制氫氣的工業(yè)制法之一是“硫-碘循環(huán)法”，主要涉及下列反應(yīng)：
①SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI ②2HI?H₂+I₂ ③2H₂SO₄=2SO₂+O₂+2H₂O
（1）分析上述反應(yīng)，下列判斷正確的是bc
a．循環(huán)過程中產(chǎn)生1molO₂的同時(shí)產(chǎn)生1molH₂
b．反應(yīng)①中SO₂還原性比HI強(qiáng)
c．循環(huán)過程中需補(bǔ)充H₂O
d．反應(yīng)③易在常溫下進(jìn)行
（2）一定溫度下，向2L密閉容器中加入1molHI（g），發(fā)生反應(yīng)②，H₂物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖1所示，0-2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（HI）=0.05mol/（L．min）；HI的轉(zhuǎn)化率=20%
（3）恒溫恒容條件下，硫發(fā)生轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程和能量關(guān)系如圖2所示．請回答下列問題：
①寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1
②恒溫恒容時(shí)，1molSO₂和2molO₂充分反應(yīng)，放出熱量的數(shù)值比|△H₂|大（填“大”、“小”或“相等”）
Ⅱ．氮化硅（Si₃N₄）是一種新型陶瓷材料，工業(yè)上可由石英與焦炭的高溫的氮?dú)饬髦校�通過以下反應(yīng)制得：
3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H＜0
（1）該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，升高溫度，其平衡常數(shù)減小（填“增大”、“減少”或“不變”）
（2）該化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖3所示，t₂時(shí)引起v_正突變的原因是增大了氮?dú)獾臐舛�，t₃引起變化的因素為加入催化劑，t₅時(shí)引起v_正小變化、v_逆大變化的原因是升高溫度或增大壓強(qiáng)（或縮小容器體積）

Answer 1

分析 I．（1）a．由③可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由①可知2molSO₂生成4molHI，由②可知4molHI分解生成2mol H₂；
b．還原劑還原性強(qiáng)于還原產(chǎn)物的還原性；
c．反應(yīng)①中1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，反應(yīng)③中1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O；
d．硫酸常溫下，不易分解；
（2）由圖可知，2min內(nèi)H₂物質(zhì)的量的變化量，根據(jù)ν=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算v（H₂），再利用化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（HI）；
計(jì)算參加反應(yīng)HI物質(zhì)的量，HI的轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的HI物質(zhì)的量}{HI起始物質(zhì)的量}$×100%；
（3）①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，由圖可知硫的燃燒熱為297kj/mol，表明物質(zhì)的聚集狀態(tài)書寫熱化學(xué)方程式；
②恒溫恒容時(shí)，1molSO₂和2molO₂充分反應(yīng)，到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在Ⅱ平衡的基礎(chǔ)上再加入1molO₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)放出的熱量較Ⅱ到達(dá)平衡時(shí)放出的熱量多；
Ⅱ．（1）平衡常數(shù)是，一定溫度下，可能反應(yīng)得到平衡時(shí)，生成物濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，注意固體和純液不代入表達(dá)式；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)分析移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
（2）t₂時(shí)瞬間，v_正增大、v_逆不變，應(yīng)是增大反應(yīng)物濃度；
t₃時(shí)刻，平衡未移動(dòng)，正逆反應(yīng)速率同等程度增大，而兩邊氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)不等，故不是增大壓強(qiáng)，應(yīng)是加入催化劑；
t₅時(shí)引起v_逆、v_正都變大，但v_逆＞v_正平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，可能是升高溫度或增大壓強(qiáng)．

解答 解：I．（1）a．由③可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由①可知2molSO₂生成4molHI，由②可知4molHI分解生成2mol H₂，故循環(huán)過程中產(chǎn)生1molO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molH₂，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)還原性，HI為還原產(chǎn)物，還原劑還原性強(qiáng)于還原產(chǎn)物的還原性，故b正確；
c．反應(yīng)①中1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，反應(yīng)③中1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O，循環(huán)中水的量減少，故應(yīng)補(bǔ)充水，故c正確；
d．硫酸常溫下溫度，不易分解，故d錯(cuò)誤，
故答案為：bc；
（2）由圖可知，2min內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量增加了0.1mol，體積為2L，故v（H₂）=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{2min}$=0.025mol/L，則v（HI）=2v（H₂）=0.025mol/（L．min）×2=0.05mol/（L．min）；
參加反應(yīng)的HI為0.1mol×2=0.2mol，故HI的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%，
故答案為：0.05mol/（L．min）；20%；
（3）①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，由圖1可知1molS（s）完全燃燒放出的熱量為297KJ，所以硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1，
故答案為：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1；
②恒溫恒容時(shí)，1molSO₂和2molO₂充分反應(yīng)，到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在Ⅱ平衡的基礎(chǔ)上再加入1molO₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)放出的熱量較Ⅱ到達(dá)平衡時(shí)放出的熱量多，即恒溫恒容時(shí)，1molSO₂和2molO₂充分反應(yīng)，放出熱量的數(shù)值比|△H₂|大，
故答案為：大；
Ⅱ．（1）可逆反應(yīng)：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H＜0，其平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)分析移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，
故答案為：$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；減小；
（2）t₂時(shí)瞬間，v_正增大、v_逆不變，應(yīng)是增大反應(yīng)物濃度，即增大氮?dú)獾臐舛龋?br />t₃時(shí)刻，平衡未移動(dòng)，正逆反應(yīng)速率同等程度增大，而兩邊氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)不等，故不是增大壓強(qiáng)，應(yīng)是加入催化劑；
t₅時(shí)引起v_逆、v_正都變大，但v_逆＞v_正平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，可能是升高溫度或增大壓強(qiáng)（或縮小容器體積），
故答案為：增大了氮?dú)獾臐舛�；加入催化劑；升高溫度或增大壓�?qiáng)（或縮小容器體積）．

點(diǎn)評 本題屬于拼合型題目，涉及對工藝流程的理解、熱化學(xué)方程式書寫、平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)影響因素及平衡圖象等，圖3注意分析改變條件瞬間正逆反應(yīng)速率變化、判斷平衡移動(dòng)，結(jié)合外界條件對反應(yīng)速率影響及反應(yīng)特征進(jìn)行分析，難度中等．