Question

15．氫能是一種極具發展潛力的清潔能源，硫碘循環制氫主要的熱化學方程式為：
Ⅰ．SO₂（g）+2H₂O（l）+I₂（g）=H₂SO₄ （l）+2HI（g）△H=35.9kJ/mol
Ⅱ.2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=470kJ/mol
Ⅲ.2HI（g）=H₂（g）+I₂（g）△H=14.9kJ/mol
（1）反應2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）的△H=-571.6mol•L^-1．
（2）反應Ⅰ在液相中發生稱為bensun反應，向水中加入1mol SO₂和3mol I₂，在不同溫度下恰好完全反應生成的n（SO₄^2-）和n（I_x^-）的變化見圖甲．
①I_x^-中x=3．②溫度達到120℃時，該反應不發生的原因是此溫度下碘單質、水、二氧化硫均為氣態，氣相中不發生反應．
（3）反應Ⅲ是在圖乙中進行，其中的高分子膜只允許產物通過，高分子膜能使反應程度增大（填“增大”、“減小”或“不變”），在該裝置中為了進一步增大達平衡時HI的分解率；不考慮溫度的影響，還可以采取的措施為向裝置中通入氮氣（或其它“惰性”氣體）吹出產物．
（4）圖丙是一種制備H₂的方法，裝置中的MEA為允許質子通過的電解質膜．
①寫出陽極電極的反應式：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺．

②電解產生的氫氣可以用鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）來儲存，合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物（其中氫的質量分數為0.077）和一種金屬單質，該反應的化學方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．

Answer 1

分析 （1）根根據蓋斯定律計算氫氣與氧氣反應生成液態水的反應熱，并書熱化學寫方程式；
（2）①1mol SO₂和3mol I₂發生氧化還原反應生成SO₄^2-和I_x^-，依據反應中電子守恒可求出x；
②溫度達到120℃時，碘單質、水、二氧化硫均為氣態；
（3）反應Ⅲ是在圖乙中進行，其中的高分子膜只允許產物通過，相當于移走產物；根據平衡移動原理還可采取其它措施；
（4）①根據圖3可知陽極應為甲醇失電子得到CO₂；
②合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物，其中氫的質量分數為0.077和一種金屬單質，據此推出MgH₂和Al，由此寫出反應方程式．

解答 解：（1）已知：Ⅰ．SO₂（g）+2H₂O（l）+I₂（g）=H₂SO₄ （l）+2HI（g）△H=35.9kJ/mol
Ⅱ.2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=470kJ/mol
Ⅲ.2HI（g）=H₂（g）+I₂（g）△H=14.9kJ/mol
則氫氣和氧氣反應生成液態水2H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）的反應可以是-I×2-Ⅱ-Ⅲ×2得到，所以此時△H=-（35.9kJ/mol×2+470kJ/mol+14.9kJ/mol×2=-571.6kJ/mol，
故答案為：-571.6；
（2）①向水中加入1mol SO₂和3mol I₂，在不同溫度下恰好完全反應生成的n（SO₄^2-）和n（I_x^-），依據反應中硫元素由+4價變為+6價，則x=3；
故答案為：3；
②溫度達到120℃時，碘單質、水、二氧化硫均為氣態，氣相中SO₂的還原性弱，I₂氧化性也弱，故它們在氣相中不發生反應，
故答案為：此溫度下碘單質、水、二氧化硫均為氣態，氣相中不發生反應；
（3）反應Ⅲ是在圖乙中進行，其中的高分子膜只允許產物通過，相當于移走產物，因此反應程度增大；根據平衡移動原理還可采取向裝置中通入氮氣（或其它“惰性”氣體）吹出產物；
故答案為：增大； 向裝置中通入氮氣（或其它“惰性”氣體）吹出產物；
（4）①根據圖3可知陽極應為甲醇失電子得到CO₂，則陽極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
②合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物，其中氫的質量分數為0.077和一種金屬單質，據此推出MgH₂和Al，由此寫出反應方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al；
故答案為：Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡常數的影響因素判斷，電離平衡，屬于拼合型題目，對學生的心理有較高的要求，掌握基礎是關鍵，難度中等．