Question

硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：

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氧化性比HI强

c．循环过程中需补充H₂O  d．循环过程产生1 mol O₂的同时产生1 mol H₂

（2）一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应Ⅱ，H₂物质的量随时间的变化如图所示。

0～2 min内的平均反应速率v(HI)＝____________。该温度下，H₂(g)＋I₂(g)2HI(g)的平衡常数K＝____________。

（3）实验室用Zn和稀硫酸制取H₂，反应时溶液中水的电离平衡____________移动(填“向左”、“向右”或“不”)；若加入少量下列试剂中的____________，产生H₂的速率将增大。

a．NaNO₃    b．CuSO₄        c．Na₂SO₄         d．NaHSO₃

（4）以H₂为燃料可制作氢氧燃料电池。

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

某氢氧燃料电池释放228.8 kJ电能时，生成1 mol液态水，该电池的能量转化率为________。

Answer

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

【解析】

试题分析：（1）a、因硫酸在常温下稳定，则反应Ⅲ常温下不发生，a错误；b、由反应Ⅰ可知，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，则还原性SO2＞HI，即SO2的氧化性比HI的弱，b错误；c、由反应Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ可得到2H2O═2H2+O2，则该循环中消耗水，需要及时补充水，c正确；d、循环过程中产生1molO2的同时产生2molH2，d错误；答案选c；

（2）由图可知2min内氢气的物质的量增加了0.1mol，则氢气的浓度为=0.1mol/L，用氢气表示的化学反应速率为=0.05mol/（L·min），反应速率之比是相应的化学计量数之比，则0～2 min内的平均反应速率v(HI)＝0.05mol/（L·min）×2＝0.1mol/（L·min）；

2HI（g）H2（g）+ I2（g）

开始浓度 1molL 0 0

转化浓度 0.2mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

平衡浓度 0.8mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

则该温度下K1＝＝，又 2HI（g）H2（g）+I2（g）与H2（g）+I2（g）2HI（g）互为逆反应，则它们的化学平衡常数的乘积等于1，即H2（g）+I2（g）2HI（g）的化学平衡常数K=＝64；

（3）水的电离平衡为H2OH++OH-，则硫酸电离出的c（H+）对水的电离起抑制作用，当Zn消耗了H+，c（H+）减小，水的电离平衡向右移动；若加入NaNO3，溶液具有硝酸的强氧化性，则不会生成氢气；加入NaHSO3会和H+反应，降低c（H+），则反应速率减慢；Na2SO4的加入，离子不参与反应，则对化学反应速率无影响；加入CuSO4 后，Zn与硫酸铜溶液反应置换出Cu，则构成原电池加快了化学反应速率，答案选b；

（4）由2H2（g）+O2（g）═2H2O（I）△H=-572kJ/mol可知，生成1mol水时放出的热量为572kJ×=286kJ，则电池的能量转化率为为×100%＝80%。

【考点定位】考查化学反应速率与平衡、水的电离以及外界条件对反应速率的影响

【名师点晴】影响化学反应速率的因素：参加化学反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要原因。反应的类型不同，物质的结构不同，都会导致反应速率不同。当其他条件不变时：①浓度：增加反应物的浓度可以加快反应速率；②压强：对于有气体参加的化学反应，增大气体的压强，可以加快化学反应速率；③温度：升高温度，可以加快化学反应速率；④催化剂：加入催化剂可以加快化学反应速率；⑤其他因素：光、超声波、激光、放射线、电磁波、反应物表面积、扩散速率、溶剂等因素也都能影响化学反应的反应速率。