Question

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

（1）以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如图所示。

反应II包含两步反应：

①H₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g） △H₁=+177kJ/mol

②2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g） △H₂=+196kJ/mol

①写出反应①自发进行的条件是：________。

②写出反应Ⅱ的热化学方程式：________。

（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

高温 2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=+550kJ/mol ＞ 0.0125 (或0.167) 吸收 c(H2)·c(I2)

【解析】

(1)由反应式①+②可得热化学方程式；

(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；

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，计算出各组分气体的分压，从而求得平衡常数；

(3)①第一步反应断裂共价键，吸收能量；

②反应速率由慢反应决定，即v=k3c(H2I)•c(I)，用第一步反应k1c(I2)=k-1c2(I)，求出c(I)的表达式，用第二步的反应k2c(I)•c(H2)=k-2c(H2I)，求出c(H2I)的表达式，代入即可求得v。

(1)①反应①是气体物质的量增大的吸热反应，由，能自发进行的条件是高温，故答案为：高温；

②由反应式①+②可得出反应Ⅱ的热化学方程式：2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=+550kJ/mol；故答案为：2H2SO4(1)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)△H=+550kJ/mol；

(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，故答案为：＞；

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，各气体的平衡分压：，，反应HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数，故答案为：0.0125；(或0.167)；

(3)①第一步反应断裂共价键，吸收能量，故答案为：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，第二步也是快速平衡，k2c(I)•c(H2)=k-2c(H2I)，可得，则速率方程为：，故答案为：c(H2)·c(I2)。