Question

【題目】氫氣是一種清潔高效的新型能源，如何經(jīng)濟(jì)實(shí)用的制取氫氣成為重要課題。

(1)硫碘循環(huán)分解水是一種高效、環(huán)保的制氫方法，其流程圖如下：

已知：

反應(yīng)I：SO2(g) + I2(g) + 2H2O(l) = 2HI(aq) + H2SO4(aq) ΔH1=﹣213 kJ·mol-1

反應(yīng)II：H2SO4(aq) = SO2(g) + H2O(l) +1/2O2(g) ΔH2= +327 kJ·mol-1

反應(yīng)III：2HI(aq) = H2(g) + I2(g) ΔH3= +172 kJ·mol-1

則反應(yīng)2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g) ΔH= ________。

(2)H2S可用于高效制取氫氣，發(fā)生的反應(yīng)為2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。

Ⅰ.若起始時(shí)容器中只有H2S，平衡時(shí)三種物質(zhì)的物質(zhì)的量與裂解溫度的關(guān)系如圖：

①圖中曲線(xiàn)1表示的物質(zhì)是________________(填化學(xué)式)。

②A點(diǎn)時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率為__________________。

③C點(diǎn)時(shí)，設(shè)容器內(nèi)的總壓為pPa，則平衡常數(shù)Kp=________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

II.若在兩個(gè)等體積的恒容容器中分別加入2.0mol H2S、1.0mol H2S，測(cè)得不同溫度下H2S的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示：

①M點(diǎn)和O點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v(M)______v(O) (填“>”“<”或“=”，下同)；

②M、N兩點(diǎn)容器內(nèi)的壓強(qiáng)2P(M)_____P(N)，平衡常數(shù)K(M)_____K(N)。

Answer 1

【答案】＋572kJ·mol－1 S2 50% p Pa < < <

【解析】

(1)利用蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g) ΔH的計(jì)算；

(2)Ⅰ.由反應(yīng)方程式2H2S(g)S2(g)+2H2(g)可知，若起始時(shí)容器中只有H2S，平衡時(shí)S2的物質(zhì)的量為H2的，則曲線(xiàn)l表示的物質(zhì)是S2，曲線(xiàn)m表示的物質(zhì)是H2S，曲線(xiàn)n表示的物質(zhì)是H2，據(jù)此分析解答；

Ⅱ.反應(yīng)2H2S(g)S2(g)+2H2(g)中，H2S的物質(zhì)的量增加，其平衡轉(zhuǎn)化率反而減小，即M點(diǎn)和O點(diǎn)分別所在的曲線(xiàn)代表H2S的起始量為0.1mol和0.2mol，據(jù)此解答；

(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ)×2可得到反應(yīng)2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g)，其ΔH=2(ΔH1+ΔH2+ΔH3)=2×(172+327-213)=+572kJ·mol-1，故答案為：+572kJ·mol-1；

(2)Ⅰ.①由反應(yīng)方程式2H2S(g)S2(g)+2H2(g)可知，若起始時(shí)容器中只有H2S，平衡時(shí)S2的物質(zhì)的量為H2的，則曲線(xiàn)l表示的物質(zhì)是S2，故答案為：S2；

②根據(jù)圖像，A點(diǎn)時(shí)，硫化氫和氫氣的物質(zhì)的量相等，根據(jù)2H2S(g)S2(g)+2H2(g)，說(shuō)明反應(yīng)的硫化氫與剩余的硫化氫相等，H2S的轉(zhuǎn)化率為50%，故答案為：50%；

③根據(jù)A點(diǎn)可知，起始時(shí)硫化氫為20mol，B點(diǎn)時(shí)，硫化氫與S2的物質(zhì)的量相等，設(shè)分解的硫化氫為x，則20-x=，解得x=mol，容器中含有H2Smol，S2mol，H2mol，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為，，，平衡常數(shù)Kp=，故答案為：p Pa；

Ⅱ.①反應(yīng)2H2S(g)S2(g)+2H2(g)中，H2S的物質(zhì)的量增加，其平衡轉(zhuǎn)化率反而減小，即M點(diǎn)和O點(diǎn)分別所在的曲線(xiàn)代表H2S的起始量為0.1mol和0.2mol，恒容容器中，M點(diǎn)的濃度小于O點(diǎn)，則逆反應(yīng)速率v(M)< v(O)，故答案為：<；

②由圖像可知，H2S的轉(zhuǎn)化率均為45%，可列三段式有：

n(總)N=1.1+0.45+0.9=2.45mol

n(總)M=0.55+0.45+0.225=1.225mol

2n(總)M=n(總)M，又圖像可知TM<TN，由PV=nRT可得，2P(M)<P(N)，，，則K(M)<K(N)，故答案為：<；<。