Question

16．開發氫能是實現社會可持續發展的需要．硫鐵礦（FeS₂）燃燒產生的SO₂通過下列碘循環工藝過程既能制H₂SO₄，又能制H₂．

請回答下列問題：
（1）已知1g FeS₂完全燃燒放出7.1kJ熱量，FeS₂燃燒反應的熱化學方程式為4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408kJ•mol^-1．
（2）該循環工藝過程的總反應方程式為SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂．
（3）用化學平衡移動的原理分析，在HI分解反應中使用膜反應器分離出H₂的目的是有利于平衡向右移動，有利于碘和氫氣的生成．
（4）用吸收H2后的稀土儲氫合金作為電池負極材料（用MH）表示），NiO（OH）作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質溶液，可制得高容量，長壽命的鎳氫電池．電池充放電時的總反應為：Ni（OH）₂+M$?_{放電}^{充電}$ NiO（OH）+MH
①電池放電時，負極的電極反應式為MH-e^-+OH^-=H₂O+M．
②充電完成時，Ni（OH）₂全部轉化為NiO（OH）．若繼續充電將在一個電極產生O₂，O₂擴散到另一個電極發生電極反應被消耗，從而避免產生的氣體引起電池爆炸，此時，陰極的電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據題目所給物質的量的多少結合熱化學方程式的書寫方法來回答，反應的化學方程式為：4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，標出各物質的聚集狀態；在反應中4 mol FeS₂的質量為m（FeS₂）=4 mol×120 g•mol^-1=480 g，放熱Q=480 g×7.1 kJ/g=3408 kJ，標注物質聚集狀態和對應反應的焓變寫出；
（2）根據該循環的工藝流程是用硫鐵礦（FeS₂）燃燒產生的SO₂來制硫酸，在反應器中發生反應：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，在膜反應器中的反應為：2HI?I₂+H₂，將兩個方程式相加得；
（3）根據平衡移動的原理來分析，將H₂分離出來有利于平衡向右移動，利于I₂和H₂的生成；
（4）①負極反應物MH失去電子，生成的H⁺在堿性條件下生成H₂O；
②陰極上是氧氣發生的電子的過程，堿性條件下生成氫氧根離子．

解答 解：（1）反應的化學方程式為：4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，在反應中4 mol FeS₂的質量為m（FeS₂）=4 mol×120 g•mol^-1=480 g，放熱Q=480 g×7.1 kJ/g=3408 kJ，對應的熱化學方程式為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408 kJ•mol^-1，
故答案為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408 kJ•mol^-1；
（2）在反應器中發生反應：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，在膜反應器中的反應為：2HI?I₂+H₂，將兩個方程式相加得：SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂，
故答案為：SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂；
（3）在膜分離器中發生反應：2HI?I₂+H₂，將H₂分離出來有利于平衡向右移動，利于I₂和H₂的生成，故答案為：有利于平衡向右移動，有利于碘和氫氣的生成；
（4）①負極反應物MH失去電子，生成的H⁺在堿性條件下生成H₂O，電解反應式為：MH-e^-+OH^-=H₂O+M，故答案為：MH-e^-+OH^-=H₂O+M；
②陰極上是氧氣發生的電子的過程，電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題綜合考查物質的制備、分離以及元素化合物知識的綜合理解和運用，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意把握物質的性質以及原電池、電解池的原理，難度不大．