Question

【題目】熱化學(xué)碘硫循環(huán)可用于大規(guī)模制氫氣，HI分解和SO2水溶液還原I2均是其中的主要反應(yīng)。回答下列問(wèn)題：

(1)碘硫熱化學(xué)循環(huán)中，SO2的水溶液還原I2的反應(yīng)包括：SO2＋I2＋2H2O3H＋＋HSO4- ＋2I- 、I-＋I2 I3-。若起始時(shí)n(I2)=n(SO2)=1mo1，I- 、I3- 、H＋ 、HSO4-的物質(zhì)的量隨()的變化如圖所示：

圖中表示的微粒：a為_____________，d為____________________。

(2)起始時(shí) HI的物質(zhì)的量為1mo1，總壓強(qiáng)為0.1MPa下，發(fā)生反應(yīng) HI(g) H2(g)+I2(g) 平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示：

①該反應(yīng)的△H __________________ (“＞”或“＜”)0。

②600℃時(shí)，平衡分壓p(I2)= ______MPa，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_____________ (Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

(3)反應(yīng) H2(g)＋I2(g) 2HI(g)的反應(yīng)機(jī)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 (慢反應(yīng))

①第一步反應(yīng)_____________ (填 “放出”或“吸收”)能量。

②只需一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)，基元反應(yīng)如aA＋dD = gG＋hH 的速率方程，v= kca(A)cd(D)，k為常數(shù)；非基元反應(yīng)由多個(gè)基元反應(yīng)組成，非基元反應(yīng)的速率方程可由反應(yīng)機(jī)理推定。H2(g)與I2(g)反應(yīng)生成 HI(g)的速率方程為v= ________(用含k1、k－1、k2…的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】H+ I3- ＞ 0.0125 （或0.167) 吸收 c(H2)·c(I2)

【解析】

(1)加水稀釋，SO2＋I2＋2H2O3H＋＋HSO4-＋2I-正向移動(dòng)，I-＋I2I3-逆向移動(dòng)，同時(shí)，加水稀釋后HSO4- 電離程度增大，結(jié)合圖中信息，可確定曲線a表示H+、曲線b表示I-、曲線c表示HSO4-、曲線d表示I3-。從而得出圖中表示的微粒：a為H+，d為I3-。答案為：H+；I3-；

(2) ①隨著溫度的不斷升高，HI的物質(zhì)的量不斷減小，H2的物質(zhì)的量不斷增大，則平衡正向移動(dòng)，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)的△H＞0。答案為：＞；

②從圖中采集數(shù)據(jù)，600℃時(shí)，n(HI)=0.75mol，n(H2)=0.125mol，反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，從而得出平衡分壓p(I2)=MPa=0.0125MPa，反應(yīng)HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常數(shù)Kp==（或0.167)。答案為：0.0125；（或0.167)；

(3)①第一步反應(yīng)斷裂共價(jià)鍵，吸收能量。答案為：吸收；

②反應(yīng)速率由慢反應(yīng)決定，即v=k3c(H2I)·c(I)，

第一步是快速平衡，k1c(I2)=k-1c2(I)，可得c2(I)=c(I2)，

第二步也是快速平衡，k2c(I)·c(H2)=k-2c(H2I)，可得c(H2I)=c(H2)·c(I)，

v=k3c(H2)·c(I)·c(I)= k3c(H2)·c(I2)=c(H2)·c(I2)。答案為：c(H2)·c(I2)。