Question

【題目】氫能是一種極具發展潛力的清潔能源，以太陽能為熱能，熱化學硫碘循環分解水是一種高效、無污染的制氫方法。其反應過程如下圖所示：

(1)反應Ⅰ的化學方程式是________________。

(2)反應Ⅰ得到的產物用I2進行分離。該產物的溶液在過量I2的存在下會分成兩層——含低濃度I2的H2SO4層和含高濃度I2的HI層。

①根據上述事實，下列說法正確的是________(選填序號)。

a．兩層溶液的密度存在差異

b．加I2前，H2SO4溶液和HI溶液不互溶

c．I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶

②辨別兩層溶液的方法是____________________。

③經檢測，H2SO4層中c(H＋)∶c(SO)＝2.06∶1，其比值大于2的原因______________________。

(3)反應Ⅱ：

2H2SO4(l)===2SO2(g)＋O2＋2H2O(g)

ΔH＝＋550 kJ·mol－1

它由兩步反應組成：

ⅰ.H2SO4(l)===SO3(g)＋H2O(g)

ΔH＝＋177 kJ·mol－1

ⅱSO3(g)分解。

L(L1，L2)，X可分別代表壓強或溫度，下圖表示L一定時，ⅱ中SO3(g)的平衡轉化率隨X的變化關系。

①X代表的物理量是________。

②判斷L1，L2的大小關系，并簡述理由：________________________________。

Answer 1

【答案】(1)SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI

(2)①ac ②觀察顏色，顏色深的是HI層，顏色淺的是H2SO4層 ③H2SO4層含有少量HI

(3) ①壓強 ②L1＜L2 SO3(g)分解的熱化學方程式為2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋196 kJ·mol－1，當壓強一定時，溫度升高，平衡轉化率增大

【解析】(1)由反應過程圖示可知，反應Ⅰ的反應物為SO2、I2和H2O，生成物為H2SO4和HI，從而可寫出該反應的化學方程式。(2)①由題干信息“該產物的溶液在過量 I2的存在下會分成兩層——含低濃度 I2的 H2SO4層和含高濃度 I2 的 HI 層”分析得出：加入 I2 前溶液未出現分層，加入I2 后，碘在 HI 溶液中溶解度大于在 H2SO4溶液中溶解度，兩溶液中密度存在差異，出現分層現象，故ac正確。②由于HI溶液中含有I2濃度大，溶液顏色深，而H2SO4溶液中含有I2的濃度低，溶液顏色淺，因此可以通過觀察溶液的顏色，顏色深的是HI層，顏色淺的是H2SO4層。③H2SO4是強電解質，完全電離會使c(H＋)∶c(SO)＝2∶1，而溶液中c(H＋)∶c(SO)＝2.06∶1，說明溶液中c(H＋)變大，這是由于該H2SO4層中含有少量強酸HI，HI電離出H＋所致。(3)首先根據反應Ⅱ和反應ⅰ確定反應ⅱ為2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋196 kJ·mol－1。①根據反應ⅱ的特點：正反應方向為氣體體積增大、吸熱反應，增大壓強SO3(g)的轉化率減小，故X代表壓強。②在等壓條件下，升高溫度，反應ⅱ的平衡向正向移動，SO3(g)的轉化率增大，故L2所代表高溫曲線，即L1＜L2。