Question

【題目】硫—碘循環(huán)分解水制氫主要涉及下列反應(yīng)：

Ⅰ SO2＋2H2O＋I(xiàn)2===H2SO4＋2HI

Ⅱ 2HIH2＋I(xiàn)2

Ⅲ 2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O

（1）分析上述反應(yīng)，下列判斷正確的是____________。

a．反應(yīng)Ⅲ易在常溫下進(jìn)行 b．反應(yīng)Ⅰ中SO2氧化性比HI強(qiáng)

c．循環(huán)過程中需補(bǔ)充H2O d．循環(huán)過程產(chǎn)生1 mol O2的同時(shí)產(chǎn)生1 mol H2

（2）一定溫度下，向1 L密閉容器中加入1 mol HI(g)，發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，H2物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示。

0～2 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(HI)＝____________。該溫度下，H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)的平衡常數(shù)K＝____________。

（3）實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸制取H2，反應(yīng)時(shí)溶液中水的電離平衡____________移動(dòng)(填“向左”、“向右”或“不”)；若加入少量下列試劑中的____________，產(chǎn)生H2的速率將增大。

a．NaNO3 b．CuSO4 c．Na2SO4 d．NaHSO3

（4）以H2為燃料可制作氫氧燃料電池。

已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－572 kJ·mol－1

某氫氧燃料電池釋放228.8 kJ電能時(shí)，生成1 mol液態(tài)水，該電池的能量轉(zhuǎn)化率為________。

Answer 1

【答案】（1）c （2）0.1 mol·L－1·min－1 64（3）向右 b （4）80%

【解析】

試題分析：（1）a、因硫酸在常溫下穩(wěn)定，則反應(yīng)Ⅲ常溫下不發(fā)生，a錯(cuò)誤；b、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，b錯(cuò)誤；c、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(shí)補(bǔ)充水，c正確；d、循環(huán)過程中產(chǎn)生1molO2的同時(shí)產(chǎn)生2molH2，d錯(cuò)誤；答案選c；

（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/L，用氫氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率為=0.05mol/（L·min），反應(yīng)速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則0～2 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(HI)＝0.05mol/（L·min）×2＝0.1mol/（L·min）；

2HI（g）H2（g）+ I2（g）

開始濃度 1molL 0 0

轉(zhuǎn)化濃度 0.2mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

平衡濃度 0.8mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

則該溫度下K1＝＝，又 2HI（g）H2（g）+I2（g）與H2（g）+I2（g）2HI（g）互為逆反應(yīng)，則它們的化學(xué)平衡常數(shù)的乘積等于1，即H2（g）+I2（g）2HI（g）的化學(xué)平衡常數(shù)K=＝64；

（3）水的電離平衡為H2OH++OH-，則硫酸電離出的c（H+）對水的電離起抑制作用，當(dāng)Zn消耗了H+，c（H+）減小，水的電離平衡向右移動(dòng)；若加入NaNO3，溶液具有硝酸的強(qiáng)氧化性，則不會(huì)生成氫氣；加入NaHSO3會(huì)和H+反應(yīng)，降低c（H+），則反應(yīng)速率減慢；Na2SO4的加入，離子不參與反應(yīng)，則對化學(xué)反應(yīng)速率無影響；加入CuSO4 后，Zn與硫酸銅溶液反應(yīng)置換出Cu，則構(gòu)成原電池加快了化學(xué)反應(yīng)速率，答案選b；

（4）由2H2（g）+O2（g）═2H2O（I）△H=-572kJ/mol可知，生成1mol水時(shí)放出的熱量為572kJ×=286kJ，則電池的能量轉(zhuǎn)化率為為×100%＝80%。