Question

氢能被视为未来的理想清洁能源，科学家预测“氢能”将是21世纪最理想的新能源。目前分解水制氢气的工业制法之一是“硫—碘循环”，主要涉及下列反应：

Ⅰ  SO₂+2H₂O+I₂ ＝ H₂SO₄+2HI 　　　　　Ⅱ   2HIH₂+I₂

Ⅲ  2H₂SO₄ ＝ 2SO₂↑+O₂↑+2H₂O

（1）分析上述反应，下列判断正确的是       。

a．反应Ⅲ易在常温下进行b．反应I中SO₂还原性比HI强

c．循环过程中需补充H₂Od．循环过程中产生1molO₂的同时产生1molH₂

（2）一定温度下，向2L密闭容器中加入1mol HI(g)，发生反应Ⅱ，H₂物质的量随时间的变化如图所示。0—2min内的平均反应速率v(HI)=     　  。该温度下，反应2HI(g)H₂(g)+I₂(g)的平衡常数K=      。相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则       是原来的2倍。

a．平衡常数           b．HI的平衡浓度 

c．达到平衡的时间      d．平衡时H₂的体积分数

（3）SO₂在一定条件下可被氧化生成SO₃，其反应为：2SO₂ (g) + O₂(g) 2SO₃(g)  △H<0。某科研单位利用原电池原理，用SO₂和O₂来制备硫酸，装置如图，电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。

①a电极的电极反应式为                       ；

②若得到的硫酸浓度仍为49%，则理论上参加反应的SO₂与加入的H₂O的质量比为    。          

（4）实际生产还可以用氨水吸收SO₂生成亚硫酸的铵盐。现取a克该铵盐，若将其中的SO₂全部反应出来，应加入10 mol/L的硫酸溶液的体积范围为                 。

Answer

（1）bc(2分)

（2）0.05mol·L－1·min－1(2分)；1.56×10-2或1/64(2分)；b (2分)

（3）①SO2 +2H2O-2e-=SO42-+ 4H+(2分) ②8∶15(2分)

（4） (a/1160)L～(a/1980)L (3分)

【解析】

试题分析：（1）反应Ⅲ，2H2SO4＝=2SO2↑+O2↑+2H2O，硫酸是高沸点，在常温下不易分解，a不正确；反应I，SO2+2H2O+I2 ＝ H2SO4+2HI中，反应物SO2还原性比产物HI强，b正确；循环过程中H2O被分解为H2和O2，故需补充H2O不正确；由H2O被分解可知产生1molO2的同时产生2molH2，D不正确。

（2）v(HI)= =0.05mol·L－1·min－1。该温度下，反应2HI(g)H2(g)+I2(g)到达平衡时，c(H2)=c(I2)= 0.1mol·L－1，c(HI)= 0.8mol·L－1的平衡常数K==1.56×10-2。相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，温度不变平衡常数不变；加压平衡不移动，故HI的平衡浓度是原来的2倍；浓度最大，速率加快，达到平衡的时间少于原来的2倍；平衡时H2的体积分数不变。

（3）①a电极得到电子，物质被氧化，故是SO2通入的电极，反应式为SO2 +2H2O-2e-=SO42-+ 4H+；

②理论上2SO2+2H2O+O2==2H2SO4，硫酸浓度仍为49%假设49g即0.5mol H2SO4，需要SO2是0.5mol、H2O是0.5mol，硫酸溶液中还有水51g，理论上参加反应的SO2与加入的H2O的质量比为0.5mol×32g·mol-1：(0.5mol×18g·mol-1+51g)=8:15。

（4）实际生产还可以用氨水吸收SO2生成亚硫酸的铵盐。即(NH4)2SO3或NH4HSO3现取a克该铵盐，让它们分别于硫酸溶液反应，可计算出体积范围为(a/1160)L～(a/1980)L。

考点：化学与STS问题。