Question

【題目】氫氣是一種清潔高效的新型能源，如何經濟實用的制取氫氣成為重要課題。

(1)硫碘循環分解水是一種高效、環保的制氫方法，其流程圖如下：

已知：

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

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

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

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

(2)H2S可用于高效制取氫氣，發生的反應為2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。

Ⅰ.若起始時容器中只有H2S，平衡時三種物質的物質的量與裂解溫度的關系如圖：

①圖中曲線1表示的物質是________________(填化學式)。

②A點時H2S的轉化率為__________________。

③C點時，設容器內的總壓為pPa，則平衡常數Kp=________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數)。

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

①M點和O點的逆反應速率v(M)______v(O) (填“>”“<”或“=”，下同)；

②M、N兩點容器內的壓強2P(M)_____P(N)，平衡常數K(M)_____K(N)。

Answer 1

【答案】＋572kJ·mol－1 S2 50% p Pa < < <

【解析】

(1)利用蓋斯定律進行反應2H2O(l) = 2H2(g)+O2(g) ΔH的計算；

(2)Ⅰ.由反應方程式2H2S(g)S2(g)+2H2(g)可知，若起始時容器中只有H2S，平衡時S2的物質的量為H2的，則曲線l表示的物質是S2，曲線m表示的物質是H2S，曲線n表示的物質是H2，據此分析解答；

Ⅱ.反應2H2S(g)S2(g)+2H2(g)中，H2S的物質的量增加，其平衡轉化率反而減小，即M點和O點分別所在的曲線代表H2S的起始量為0.1mol和0.2mol，據此解答；

(1)根據蓋斯定律，反應(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ)×2可得到反應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由反應方程式2H2S(g)S2(g)+2H2(g)可知，若起始時容器中只有H2S，平衡時S2的物質的量為H2的，則曲線l表示的物質是S2，故答案為：S2；

②根據圖像，A點時，硫化氫和氫氣的物質的量相等，根據2H2S(g)S2(g)+2H2(g)，說明反應的硫化氫與剩余的硫化氫相等，H2S的轉化率為50%，故答案為：50%；

③根據A點可知，起始時硫化氫為20mol，B點時，硫化氫與S2的物質的量相等，設分解的硫化氫為x，則20-x=，解得x=mol，容器中含有H2Smol，S2mol，H2mol，物質的量分數分別為，，，平衡常數Kp=，故答案為：p Pa；

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

②由圖像可知，H2S的轉化率均為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：<；<。