Question

8．利用太陽(yáng)能熱化學(xué)硫碘循環(huán)分解水制氫反應(yīng)過(guò)程如圖所示：

（1）反應(yīng)Ⅱ中涉及的熱化學(xué)方程式為：
①H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177.3kJ•mol^-1
②2SO₃（g）═2SO₂（g）+O₂（g）△H=a kJ•mol^-1
③2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550.2kJ•mol^-1
a=195.6；
反應(yīng)②的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）}$．
（2）反應(yīng)Ⅰ得到的產(chǎn)物可用I₂進(jìn)行分離．該產(chǎn)物的溶液在過(guò)量I₂的存在下會(huì)分成兩層--含低濃度I₂的H₂SO₄溶液層和高濃度的I₂的HI溶液層．
①區(qū)分兩層溶液可加入的試劑為BaCl₂（填化學(xué)式）．
②下列說(shuō)法正確的是CD（填序號(hào)）．
A．SO₂在反應(yīng)Ⅰ中作氧化劑　　　B．加過(guò)量I₂前，H₂SO₄溶液和HI溶液不互溶
C．兩層溶液的密度存在差異         D．I₂在HI溶液中比在H₂SO₄溶液中易溶
（3）用氧缺位鐵酸銅（CuFe₂O_4-x）作催化劑，利用太陽(yáng)能熱化學(xué)循環(huán)分解H₂O也可制H₂，其物質(zhì)轉(zhuǎn)化如圖1所示．

①氧缺位鐵酸銅（CuFe₂O_4-x）與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑．
②若x=0.15，則1mol CuFe₂O₄參與該循環(huán)過(guò)程理論上一次能制得標(biāo)準(zhǔn)狀況下的H₂體積為3.36L．
③CuFe₂O₄可用電化學(xué)方法得到，其原理如圖2所示，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Cu+2Fe+4O^2--8e^-═CuFe₂O₄．

Answer 1

分析 （1）將方程式③-2①得方程式②，焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（2）①硫酸和氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇白色沉淀，HI和氯化鋇不反應(yīng)；
②A．SO₂在反應(yīng)Ⅰ化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?6價(jià)，失電子化合價(jià)升高的反應(yīng)物是還原劑；　　　
B．H₂SO₄溶液和HI溶液互溶；
C．分成兩層，與溶解性、密度有關(guān)；
D．I₂在HI溶液中比在H₂SO₄溶液中易溶，則碘在不同溶劑中溶解性不同，類似萃��；
（3）①CuFe₂O_4-x與水反應(yīng)生成氫氣和CuFe₂O₄；
②根據(jù)方程式計(jì)算生成氫氣體積；
③陽(yáng)極上Fe、Cu失電子和氧離子反應(yīng)生成CuFe₂O₄．

解答 解：（1）將方程式③-2①得方程式②2SO₃（g）═2SO₂（g）+O₂（g）△H=a kJ•mol^-1=（+550.2kJ•mol^-1
）-2（+177.3kJ•mol^-1）=195.6kJ/mol；化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）}$；
故答案為：195.6；K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）}$；
（2）①硫酸和氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇白色沉淀，HI和氯化鋇不反應(yīng)，所以可以用BaCl₂鑒別，
故答案為：BaCl₂；
②A．SO₂在反應(yīng)Ⅰ化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?6價(jià)，失電子化合價(jià)升高的反應(yīng)物是還原劑，二氧化硫作還原劑，故A錯(cuò)誤；　　　
B．H₂SO₄溶液和HI溶液都是無(wú)機(jī)物溶液，根據(jù)相似相溶原理知，二者互溶，故B錯(cuò)誤；
C．兩層溶液的密度存在差，才出現(xiàn)上下層，故C正確；
D．I₂在HI溶液中比在H₂SO₄溶液中易溶，則碘在不同溶劑中溶解性不同，類似萃取，所以分層，故D正確；
故選CD；
（3）①CuFe₂O_4-x與水反應(yīng)生成氫氣和CuFe₂O₄，反應(yīng)方程式為CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑，
故答案為：CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑；
②根據(jù)方程式CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑知，如果x=0.15，生成1molCuFe₂O₄的同時(shí)生成0.3mol氫氣，氫氣體積=0.3mol×22.4L/mol=3.36L，
故答案為：3.36；
③陽(yáng)極上Fe、Cu失電子和氧離子反應(yīng)生成CuFe₂O₄，陽(yáng)極反應(yīng)式為Cu+2Fe+4O^2--8e^-═CuFe₂O₄，
故答案為：Cu+2Fe+4O^2--8e^-═CuFe₂O₄．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、物質(zhì)鑒別、氧化還原反應(yīng)、電解原理等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算能力，明確化學(xué)反應(yīng)原理、元素化合物性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，注意：活潑金屬作陽(yáng)極時(shí)陽(yáng)極上金屬失電子而不是電解質(zhì)中陰離子失電子，為易錯(cuò)點(diǎn)．