Question

8．利用太阳能热化学硫碘循环分解水制氢反应过程如图所示：

（1）反应Ⅱ中涉及的热化学方程式为：
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；
反应②的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）}$．
（2）反应Ⅰ得到的产物可用I₂进行分离．该产物的溶液在过量I₂的存在下会分成两层--含低浓度I₂的H₂SO₄溶液层和高浓度的I₂的HI溶液层．
①区分两层溶液可加入的试剂为BaCl₂（填化学式）．
②下列说法正确的是CD（填序号）．
A．SO₂在反应Ⅰ中作氧化剂　　　B．加过量I₂前，H₂SO₄溶液和HI溶液不互溶
C．两层溶液的密度存在差异         D．I₂在HI溶液中比在H₂SO₄溶液中易溶
（3）用氧缺位铁酸铜（CuFe₂O_4-x）作催化剂，利用太阳能热化学循环分解H₂O也可制H₂，其物质转化如图1所示．

①氧缺位铁酸铜（CuFe₂O_4-x）与水反应的化学方程式为CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑．
②若x=0.15，则1mol CuFe₂O₄参与该循环过程理论上一次能制得标准状况下的H₂体积为3.36L．
③CuFe₂O₄可用电化学方法得到，其原理如图2所示，则阳极的电极反应式为Cu+2Fe+4O^2--8e^-═CuFe₂O₄．

Answer 1

分析 （1）将方程式③-2①得方程式②，焓变进行相应的改变；化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）①硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡白色沉淀，HI和氯化钡不反应；
②A．SO₂在反应Ⅰ化合价由+4价变为+6价，失电子化合价升高的反应物是还原剂；　　　
B．H₂SO₄溶液和HI溶液互溶；
C．分成两层，与溶解性、密度有关；
D．I₂在HI溶液中比在H₂SO₄溶液中易溶，则碘在不同溶剂中溶解性不同，类似萃取；
（3）①CuFe₂O_4-x与水反应生成氢气和CuFe₂O₄；
②根据方程式计算生成氢气体积；
③阳极上Fe、Cu失电子和氧离子反应生成CuFe₂O₄．

解答 解：（1）将方程式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；化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）}$；
故答案为：195.6；K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{2}）．c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）}$；
（2）①硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡白色沉淀，HI和氯化钡不反应，所以可以用BaCl₂鉴别，
故答案为：BaCl₂；
②A．SO₂在反应Ⅰ化合价由+4价变为+6价，失电子化合价升高的反应物是还原剂，二氧化硫作还原剂，故A错误；　　　
B．H₂SO₄溶液和HI溶液都是无机物溶液，根据相似相溶原理知，二者互溶，故B错误；
C．两层溶液的密度存在差，才出现上下层，故C正确；
D．I₂在HI溶液中比在H₂SO₄溶液中易溶，则碘在不同溶剂中溶解性不同，类似萃取，所以分层，故D正确；
故选CD；
（3）①CuFe₂O_4-x与水反应生成氢气和CuFe₂O₄，反应方程式为CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑，
故答案为：CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑；
②根据方程式CuFe₂O_4-x+xH₂O═CuFe₂O₄+xH₂↑知，如果x=0.15，生成1molCuFe₂O₄的同时生成0.3mol氢气，氢气体积=0.3mol×22.4L/mol=3.36L，
故答案为：3.36；
③阳极上Fe、Cu失电子和氧离子反应生成CuFe₂O₄，阳极反应式为Cu+2Fe+4O^2--8e^-═CuFe₂O₄，
故答案为：Cu+2Fe+4O^2--8e^-═CuFe₂O₄．

点评 本题考查化学平衡计算、物质鉴别、氧化还原反应、电解原理等知识点，侧重考查学生分析判断及计算能力，明确化学反应原理、元素化合物性质是解本题关键，难点是电极反应式的书写，注意：活泼金属作阳极时阳极上金属失电子而不是电解质中阴离子失电子，为易错点．