Question

热化学碘硫循环可用于大规模制氢气，HI分解和SO₂水溶液还原I₂均是其中的主要反应。回答下列问题：

(1)碘硫热化学循环中，SO₂的水溶液还原I₂的反应包括：SO₂＋I₂＋2H₂O3H^＋＋HSO₄^- ＋2I^- 、I^-＋I₂ I₃^-。若起始时n(I₂)=n(SO₂)=1mo1，I^- 、I₃^- 、H^＋ 、HSO₄^-的物质的量随()的变化如图所示：

图中表示的微粒：a为_____________，d为____________________。

(2)起始时 HI的物质的量为1mo1，总压强为0.1MPa下，发生反应 HI(g) H₂(g)+I₂(g) 平衡时各物质的物质的量随温度变化如图所示：

①该反应的△H __________________ (“＞”或“＜”)0。

②600℃时，平衡分压p(I₂)= ______MPa，反应的平衡常数K_p=_____________ (K_p为以分压表示的平衡常数)。

(3)反应 H₂(g)＋I₂(g) 2HI(g)的反应机理如下：

第一步：I₂2I(快速平衡)

第二步：I＋H₂H₂I(快速平衡)

第三步：H₂I＋I 2HI (慢反应)

①第一步反应_____________ (填 “放出”或“吸收”)能量。

②只需一步完成的反应称为基元反应，基元反应如aA＋dD = gG＋hH 的速率方程，v= kc^a(A)•c^d(D)，k为常数；非基元反应由多个基元反应组成，非基元反应的速率方程可由反应机理推定。H₂(g)与I₂(g)反应生成 HI(g)的速率方程为v= ________(用含k₁、k_－1、k₂…的代数式表示)。

Answer

H+ I3- ＞ 0.0125 （或0.167) 吸收 c(H2)·c(I2)

【解析】

(1)加水稀释，SO2＋I2＋2H2O3H＋＋HSO4-＋2I-正向移动，I-＋I2I3-逆向移动，同时，加水稀释后HSO4- 电离程度增大，结合图中信息，可确定曲线a表示H+、曲线b表示I-、曲线c表示HSO4-、曲线d表示I3-。从而得出图中表示的微粒：a为H+，d为I3-。答案为：H+；I3-；

(2) ①随着温度的不断升高，HI的物质的量不断减小，H2的物质的量不断增大，则平衡正向移动，所以正反应为吸热反应，该反应的△H＞0。答案为：＞；

②从图中采集数据，600℃时，n(HI)=0.75mol，n(H2)=0.125mol，反应前后气体分子数不变，从而得出平衡分压p(I2)=MPa=0.0125MPa，反应HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数Kp==（或0.167)。答案为：0.0125；（或0.167)；

(3)①第一步反应断裂共价键，吸收能量。答案为：吸收；

②反应速率由慢反应决定，即v=k3c(H2I)·c(I)，

第一步是快速平衡，k1c(I2)=k-1c2(I)，可得c2(I)=c(I2)，

第二步也是快速平衡，k2c(I)·c(H2)=k-2c(H2I)，可得c(H2I)=c(H2)·c(I)，

v=k3c(H2)·c(I)·c(I)= k3c(H2)·c(I2)=c(H2)·c(I2)。答案为：c(H2)·c(I2)。