Question

12．氫能是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗�硫碘循環(huán)分解水是最具潛力的制氫方法．其反應原理如下：
Ⅰ．SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HIⅡ．2H₂SO₄=2SO₂+O₂+2H₂OⅢ．2HI=H₂+I₂
（1）反應Ⅱ在低溫條件下不能自發(fā)進行的原因是△H＞0．
在反應器中加入SO₂、I₂、H₂O的物質的量分別為1mol、9mol、16mol，充分反應靜置后得到混合物分成兩層--上層是含低濃度I₂的H₂SO₄層和下層是高濃度的I₂的HI層．
①根據(jù)上述事實，下列說法正確的是c（選填序號）．
a．H₂SO₄溶液和HI溶液不互溶
b．HI溶液的密度大于H₂SO₄溶液的密度
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觀察顏色，顏色深的是HI層，顏色淺的是硫酸層．
③HI層中存在I^-+I₂?I₃^-，c（H⁺）大于c（I^-）+c（I₃^-）（填大于、小于或等于）
（2）已知：SO₃（g）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H=-177kJ/mol
2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol
則2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）的△H=+550 kJ/mol
（3）電解乙醇水溶液制備氫氣具有誘人的前景，如圖是電解乙醇水溶液的裝置剖面，MEA為電解質膜允許質子通過．
①通電電解前需要向陰極區(qū)通入氬氣，其目的是陰極發(fā)生還原反應生成氫氣，應先排出空氣
②寫出陽極電極反應式CH₃CH₂OH+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）反應Ⅱ為分解反應，應在加熱條件下進行；
①a．硫酸和HI溶液不分層；
b．由題給信息可知溶液的密度與碘的濃度有關；
c．由題給信息可知碘在HI溶液中濃度較大．
②可觀察溶液的顏色判斷；
（2）已知：①SO₃（g）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H=-177kJ/mol，②2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol，利用蓋斯定理將②-①×2可得2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）的△H；
（3）①陰極發(fā)生還原反應生成氫氣，應先排出空氣；
②由圖示可知乙醇被氧化生成二氧化碳．

解答 解：（1）反應Ⅱ的△S＞0，如能自發(fā)進行，應滿足△H-T•△S∵0，在低溫條件下不能自發(fā)進行，說明△H＞0，故答案為：△H＞0；
①a．硫酸和HI都溶于水，溶液不分層，故a錯誤；
b．由題給信息可知溶液的密度與碘的濃度有關，不能確定碘的HI以及硫酸溶液的密度大小，故b錯誤；
c．由題給信息可知碘在HI溶液中濃度較大，故c正確．
故答案為：c；
②由題給信息可知混合物分成兩層--上層是含低濃度I₂的H₂SO₄層和下層是高濃度的I₂的HI層，可觀察顏色，顏色深的是HI層，顏色淺的是硫酸層，
故答案為：觀察顏色，顏色深的是HI層，顏色淺的是硫酸層；
③溶液中存在電荷守恒c（H⁺）=c（OH^-）+c（I^-）+c（I₃^-），則c（H⁺） 大于c（I^-）+c（I₃^-），故答案為：大于；
（2）已知：①SO₃（g）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H=-177kJ/mol，②2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol，
利用蓋斯定理將②-①×2可得2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）的△H=196kJ/mol-2×（-177kJ/mol）=+550kJ/mol，
故答案為：+550；
（3）①陰極發(fā)生還原反應生成氫氣，應先排出空氣，可通入氬氣，故答案為：趕出裝置中的空氣；
②由圖示可知乙醇被氧化生成二氧化碳，電極方程式為 CH₃CH₂OH+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，故答案為：CH₃CH₂OH+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

點評 本題考查較為綜合，化學反應與能量變化、離子濃度大小比較以及原電池知識，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，難度中等．