Question

5．碘硫化學(xué)循環(huán)原理如圖一所示．

（1）寫出反應(yīng)③的化學(xué)方程式2HI?H₂+I₂，一定溫度下，向2L密閉容器中加入2mol HI（g），測(cè)得n （H₂）隨時(shí)間的變化如圖二所示，則該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{1}{64}$．
（2）寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，其中SO₂體現(xiàn)的是還原性．
（3）綜合①②③三個(gè)反應(yīng)，可看出該化學(xué)循環(huán)是為了制備某種能源氣體，該氣體的化學(xué)式是H₂．
（4）氧缺位鐵酸銅（CuFe₂O_4-δ）是反應(yīng)②的良好的催化劑．實(shí)驗(yàn)室用如下方法制得：
I．在Fe（NO₃）₃和Cu（NO₃）₂混合溶液中加入一定量KOH溶液，加熱
II． 調(diào)節(jié)pH并連續(xù)攪拌24小時(shí)
III．過(guò)濾、干燥獲得鐵酸銅（CuFe₂O₄）
Ⅳ．在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、1 223K時(shí)煅燒CuFe₂O₄，得到CuFe₂O_3.86
①寫出制備得到CuFe₂O₄的化學(xué)方程式2Fe（NO₃）₃+Cu（NO₃）₂+8KOH=CuFe₂O₄+8KNO₃+4H₂O
②研究發(fā)現(xiàn)：

溫度	元素存在形式
1 200-1 350K	Fe3+部分轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+

計(jì)算CuFe₂O_3.86中Fe³⁺與Fe²⁺的質(zhì)量百分含量之比為43：7．
（5）由于該循環(huán)中H₂SO₄ 與HI發(fā)生副反應(yīng)造成反應(yīng)器堵塞，因此有科學(xué)家用圖三所示原理進(jìn)行反應(yīng)．寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式SO₂+2H₂O-2e^-=4H⁺+SO₄^2-．請(qǐng)用文字說(shuō)明在N極能夠獲得所需物質(zhì)的原因是M極附近產(chǎn)生的H⁺通過(guò)質(zhì)子交換膜移動(dòng)到N極附近，與I₂失電子后得到的I^-形成HI溶液．

Answer 1

分析 （1）由圖可知碘化氫分解生成單質(zhì)碘和氫氣； 結(jié)合圖象，利用三段式求出各物質(zhì)平衡時(shí)的濃度，然后由平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$計(jì)算；
（2）反應(yīng)①為二氧化硫與單質(zhì)碘反應(yīng)生成HI和硫酸；反應(yīng)中S元素的化合價(jià)升高，作還原劑；
（3）二氧化硫和水、碘單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成硫酸、氫碘酸，而碘化氫分解生成碘和氫氣；
（4）①由題意可知Fe（NO₃）₃和Cu（NO₃）₂混合溶液中加入一定量KOH溶液反應(yīng)生成CuFe₂O₄和KNO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒配平；
②根據(jù)化合物種各元素的化合價(jià)的代數(shù)和為零計(jì)算；
（5）電解時(shí)二氧化硫在陽(yáng)極失電子生成硫酸；碘單質(zhì)在N極得電子生成碘離子，與氫離子結(jié)合形成HI．

解答 解：（1）由圖可知碘化氫分解生成單質(zhì)碘和氫氣，其反應(yīng)的方程式為：2HI?H₂+I₂；
             2HI?H₂+I₂
起始（mol/L）：1       0    0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.2    0.1   0.1
平衡（mol/L）：0.8    0.1   0.1
則K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$=$\frac{0.1×0.1}{0．{8}^{2}}$=$\frac{1}{64}$；
故答案為：2HI?H₂+I₂；$\frac{1}{64}$；
（2）反應(yīng)①為二氧化硫與單質(zhì)碘反應(yīng)生成HI和硫酸，反應(yīng)的方程式為：I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，反應(yīng)中S元素的化合價(jià)升高，則二氧化硫被氧化作還原劑，體現(xiàn)還原性；
故答案為：I₂+SO₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄；還原；
（3）二氧化硫和水、碘單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成硫酸、氫碘酸，而碘化氫分解生成碘和氫氣，所以該反應(yīng)釋放的能源氣體為氫氣，故答案為：H₂；
（4）①Fe（NO₃）₃和Cu（NO₃）₂混合溶液中加入一定量KOH溶液反應(yīng)生成CuFe₂O₄和KNO₃，其反應(yīng)的方程式為2Fe（NO₃）₃+Cu（NO₃）₂+8KOH=CuFe₂O₄+8KNO₃+4H₂O，
故答案為：2Fe（NO₃）₃+Cu（NO₃）₂+8KOH=CuFe₂O₄+8KNO₃+4H₂O；
②設(shè)CuFe₂O_3.86中Fe³⁺個(gè)數(shù)為x，F(xiàn)e²⁺的個(gè)數(shù)為y，
由化合價(jià)的代數(shù)和為零得：2+3x+2y+（-2）×3.86=0，x+y=2，
則解得：$\frac{x}{y}$=43：7，所以CuFe₂O_3.86中Fe³⁺與Fe²⁺的質(zhì)量百分含量之比為 43：7；
故答案為：43：7；
（5）電解時(shí)二氧化硫在陽(yáng)極失電子生成硫酸，其電極方程式為：SO₂+2H₂O-2e^-=4H⁺+SO₄^2-；碘單質(zhì)在N極得電子生成碘離子，M極附近產(chǎn)生的H⁺通過(guò)質(zhì)子交換膜移動(dòng)到N極附近，碘離子與氫離子結(jié)合形成HI，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=4H⁺+SO₄^2-；M極附近產(chǎn)生的H⁺通過(guò)質(zhì)子交換膜移動(dòng)到N極附近，與I₂失電子后得到的I^-形成HI溶液．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合題，考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)概念、化學(xué)方程式的書寫、電解原理的應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意把握實(shí)驗(yàn)原理．