Question

【題目】煤、氫氣是常見能源，燃煤煙氣中的氮硫氧化物要污染環境，氫氣是一種清潔高效的新型能源，如何消除煙氣中氮硫氧化物和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，其流程圖如圖。

已知：

反應 I:2H2O (1)=2 H2(g) +O2(g) △H1 = +572kJmol-1

反應 II :H2SO4(aq) =SO2 (g) + H2O (l) +O2 ( g) △H2= +327 kJ mol-1

反應 III:2 HI( aq)=H2 ( g) + I2(g) △H3 =+172k.Jmol-1

則反應SO2 (g)+I2 (g) + 2 H2O (l)=2 HI(aq) + H2SO4 (aq) △H =__________。

(2)用某氫化物 H2 R 高效制取氫氣 ，發生的反應為2 H2R(g) R2(g) +2H2 ( g) 。

I.若起始時容器中只有H2R, 平衡時三種物質的物質的量與裂解溫度的關系如圖1。

①圖中曲線n 表示的物質是__________（填化學式）。

②C點時,設容器內的總壓為p Pa,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2.0 mol H 2R、1. 0 molH2R,測得不同溫度H2R的平衡轉化率如圖2 所示。

①M點和O正反應速率v( M) ________v( O) (填“>”“<”或“=”,下同）。

②M 、O 兩點容器內的壓強P(O)______2 P( M) 。

③平衡常數K( M)_____________K( N)。

(3)以連二硫酸根( S2O42-) 為媒介，使用間接電化學法處理燃煤煙氣中的NO, 裝置如圖所示：

①從 A 口中出來的物質是________________。

②寫出電解池陰極的電極反應式________________。

③用離子方程式表示吸收池中除去NO 的原理 ___________________________。

Answer 1

【答案】- 785kJmol-1 H2 p Pa < < < O2(或氧氣）和較濃的硫酸 2HSO3-+ 2H ++ 2e –=S2O42-+ 2H2O 2NO +2S2O42-+ 2H2O=N2+ 4 HSO3-

【解析】

(1)利用蓋斯定律進行計算反應SO2(g)+I2(g) + 2 H2O (l)=2 HI(aq) + H2SO4(aq)的△H；

(2) I .由反應方程式2H2R(g)R2(g) +2H2 ( g)可 知，若起始時容器中只有H2R，平衡時R2的物質的量為H2的，則曲線l表示的物質是R2， 曲線m表示的物質是H2R， 曲線n表示的物質是H2，據此分析解答；

II.反應2H2R(g)R2(g) +2H2 ( g)中，H2R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H2R的起始量為2.0mol和1.0mol，據此解答；

(3)根據電池原理進行分析解答。

(1)根據蓋斯定律，由-I- II -Ⅲ得反應SO2(g)+I2(g) + 2 H2O (l)=2 HI(aq) + H2SO4(aq)△H=- 785kJmol-1；

(2)I .①由反應方程式2H2R(g)R2(g) +2H2 ( g)可知， 若起始時容器中只有H2R，平衡時R2的物質的量為H2的，則曲線n 表示的物質是H2；

②根據A點可知，起始時硫化氫為20mol，B點時，H2R與R2的物質的量相等，設分解的H2R為x，則20-x=，解得x=mol，容器中含有H2Rmol，R2mol，H2mol，物質的量分數分別為，，，平衡常數Kp=；

II.①反應2R(g)R2(g) +2H2 ( g)中，H2R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H2R的起始量為2.0mol和1.0mol， 恒容容器中，M點的濃度小于0點，則逆反應速率v(M)< v(O)；

②由圖像可知，H2R的轉化率分別為45%和37.5%，可列三段式有：

n(總)M=1.1+0.45+0.9=2.45mol，

n(總)O=0.25+0.375+0.75=1.375mol，2n(總)O=2.75 mol >n(總)M=2.45mol，又圖像可知TM=TO，由PV=nRT可得，P(O)<2 P( M)；

③由圖中曲線可知，升高溫度H2R的轉化率增大，平衡正向移動，K值增大，則正反應為吸熱反應，因T( M)< T( N)，故平衡常數K( M)< K( N)；

(3)①陽極電解質溶液為稀H2SO4，在陽極，溶液中水電離產生的OH-失去電子發生氧化反應，電極反應式為: 2H2O-2e-=O2↑+4H+，由于水不斷放電消耗，所以陽極區H2SO4溶液濃度不斷增大，所以從A口中出來的物質的是O2和較濃的硫酸；

②在電解池陰極上得到電子發生還原反應，根據圖可知是HSO3-在酸性條件下發生還原反應，生成S2O42-，其電極反應式為2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；

③根據圖示，吸收池中S2O42-和NO是反應物，N2和HSO3-是生成物，則根據電子守恒、電荷守恒、原子守恒，可得吸收池中除去NO的原理是2NO +2S2O42-+ 2H2O=N2+ 4 HSO3-。