Question

16．開發(fā)氫能是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要．硫鐵礦（FeS₂）燃燒產(chǎn)生的SO₂通過下列碘循環(huán)工藝過程既能制H₂SO₄，又能制H₂．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）已知1g FeS₂完全燃燒放出7.1kJ熱量，F(xiàn)eS₂燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408kJ•mol^-1．
（2）該循環(huán)工藝過程的總反應(yīng)方程式為SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂．
（3）用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析，在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是有利于平衡向右移動(dòng)，有利于碘和氫氣的生成．
（4）用吸收H2后的稀土儲(chǔ)氫合金作為電池負(fù)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(zhì)溶液，可制得高容量，長(zhǎng)壽命的鎳氫電池．電池充放電時(shí)的總反應(yīng)為：Ni（OH）₂+M$?_{放電}^{充電}$ NiO（OH）+MH
①電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為MH-e^-+OH^-=H₂O+M．
②充電完成時(shí)，Ni（OH）₂全部轉(zhuǎn)化為NiO（OH）．若繼續(xù)充電將在一個(gè)電極產(chǎn)生O₂，O₂擴(kuò)散到另一個(gè)電極發(fā)生電極反應(yīng)被消耗，從而避免產(chǎn)生的氣體引起電池爆炸，此時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題目所給物質(zhì)的量的多少結(jié)合熱化學(xué)方程式的書寫方法來回答，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，標(biāo)出各物質(zhì)的聚集狀態(tài)；在反應(yīng)中4 mol FeS₂的質(zhì)量為m（FeS₂）=4 mol×120 g•mol^-1=480 g，放熱Q=480 g×7.1 kJ/g=3408 kJ，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出；
（2）根據(jù)該循環(huán)的工藝流程是用硫鐵礦（FeS₂）燃燒產(chǎn)生的SO₂來制硫酸，在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，在膜反應(yīng)器中的反應(yīng)為：2HI?I₂+H₂，將兩個(gè)方程式相加得；
（3）根據(jù)平衡移動(dòng)的原理來分析，將H₂分離出來有利于平衡向右移動(dòng)，利于I₂和H₂的生成；
（4）①負(fù)極反應(yīng)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(fā)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(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，在反應(yīng)中4 mol FeS₂的質(zhì)量為m（FeS₂）=4 mol×120 g•mol^-1=480 g，放熱Q=480 g×7.1 kJ/g=3408 kJ，對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)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(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，在膜反應(yīng)器中的反應(yīng)為：2HI?I₂+H₂，將兩個(gè)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(fā)生反應(yīng)：2HI?I₂+H₂，將H₂分離出來有利于平衡向右移動(dòng)，利于I₂和H₂的生成，故答案為：有利于平衡向右移動(dòng)，有利于碘和氫氣的生成；
（4）①負(fù)極反應(yīng)物MH失去電子，生成的H⁺在堿性條件下生成H₂O，電解反應(yīng)式為：MH-e^-+OH^-=H₂O+M，故答案為：MH-e^-+OH^-=H₂O+M；
②陰極上是氧氣發(fā)生的電子的過程，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查物質(zhì)的制備、分離以及元素化合物知識(shí)的綜合理解和運(yùn)用，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及原電池、電解池的原理，難度不大．