Question

開發(fā)氫能是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。硫鐵礦(FeS₂)燃燒產(chǎn)生的SO₂通過下列碘循環(huán)工藝過程既能制H₂SO₄，又能制H₂。

請(qǐng)回答下列問題：

(1)已知1 g FeS₂完全燃燒放出7.1 kJ熱量，F(xiàn)eS₂燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

________________________________________。

(2)該循環(huán)工藝過程的總反應(yīng)方程式為__________________________________。

(3)用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析，在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是__________________________________。

(4)用吸收H₂后的稀土儲(chǔ)氫合金作為電池負(fù)極材料(用MH表示)，NiO(OH)作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，可制得高容量，長(zhǎng)壽命的鎳氫電池。電池充放電時(shí)的總反應(yīng)為：

NiO(OH)+MH Ni(OH)₂+M

①電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________________________。

②充電完成時(shí)，Ni(OH)₂全部轉(zhuǎn)化為NiO(OH)。若繼續(xù)充電將在一個(gè)電極產(chǎn)生O₂，O₂擴(kuò)散到另一個(gè)電極發(fā)生電極反應(yīng)被消耗，從而避免產(chǎn)生的氣體引起電池爆炸，此時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為___________________________________________。

Answer 1

(1)反應(yīng)方程式：4FeS₂＋11O₂====2Fe₂O₃＋8SO₂，標(biāo)出各物質(zhì)的聚集狀態(tài)；在反應(yīng)中4 mol FeS₂的質(zhì)量為m(FeS₂)=4 mol×120 g·mol^－1=480 g，放熱Q=480 g×7.1 kJ·g^-1=3 408 kJ，對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

4FeS₂(s)＋11O₂(g)====2Fe₂O₃(s)＋8SO₂(g)    ΔH=－3 408 kJ·mol^－1。

(2)在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)：SO₂＋I(xiàn)₂＋2H₂O====2HI＋H₂SO₄，在膜反應(yīng)器中的反應(yīng)為：2HII₂＋H₂，將兩個(gè)方程式相加得：SO₂＋2H₂O====H₂SO₄＋H₂。

(3)在膜分離器中發(fā)生反應(yīng)：2HII₂＋H₂，將H₂分離出來有利于平衡向右移動(dòng)，利于I₂和H₂的生成。

(4)①負(fù)極反應(yīng)物MH失去電子，生成的H^＋在堿性條件下生成H₂O，電極反應(yīng)式為MH－e^－＋OH^－====H₂O＋M。

②O₂與MH發(fā)生反應(yīng)，生成H₂O和M，電極反應(yīng)式為4MH＋O₂＋4e^－====2H₂O＋4M。

答案：(1)4FeS₂(s)＋11O₂(g)====2Fe₂O₃(s)＋8SO₂(g)  ΔH=－3 408 kJ·mol^－1

(2)SO₂＋2H₂O====H₂SO₄＋H₂

(3)促使平衡向右移動(dòng)，有利于碘和氫氣的生成

(4)①M(fèi)H－e^－＋OH^－====H₂O＋M

②4MH＋O₂＋4e^－====2H₂O＋4M