Question

8．膜反應(yīng)器是膜過(guò)程和反應(yīng)過(guò)程相結(jié)合的新型技術(shù)設(shè)備，同時(shí)具備了反應(yīng)和分離的功能．對(duì)于可逆反應(yīng)，通過(guò)膜擴(kuò)散過(guò)程移走產(chǎn)物，提高轉(zhuǎn)化率．利用膜反應(yīng)器改進(jìn)硫酸制備工藝，如以下流程圖所示．硫鐵礦（FeS₂）燃燒產(chǎn)生的SO₂，通過(guò)下列碘循環(huán)工藝過(guò)程既能制H₂SO₄，又能制H₂．

請(qǐng)回答下列問(wèn)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）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408kJ•mol^-1
（2）該循環(huán)工藝過(guò)程的總反應(yīng)方程式為SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂
（3）HI分解反應(yīng)為2HI?H₂+I₂，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（H2）c（I2）}{c2（HI）}$．用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析，在HI分解反應(yīng)中，使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是有利于平衡向右移動(dòng)，有利于碘和氫氣的生成
（4）用吸收H₂后的稀土儲(chǔ)氫合金作為電池負(fù)極材料（用MH表示），NiO（OH）作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，可制得高容量，長(zhǎng)壽命的鎳氫電池．電池充放電時(shí)的總反應(yīng)為：
NiO（OH）+MH$?_{充電}^{放電}$Ni（OH）₂+M
①M(fèi)H中M的化合價(jià)是0
②電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為MH-e^-+OH^-=H₂O+M
③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+4e^-+2H₂O=4OH^-或4MH+O₂+4e^-=2H₂O+4M．

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(lái)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(lái)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(lái)分析，將H₂分離出來(lái)有利于平衡向右移動(dòng)，利于I₂和H₂的生成；
（4）①用吸收H₂后的稀土儲(chǔ)氫合金作為電池負(fù)極材料，放電做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②根據(jù)負(fù)極反應(yīng)的特點(diǎn)和總電池反應(yīng)來(lái)回答，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；
③根據(jù)氧氣進(jìn)入另一個(gè)電極陰極上是氧氣發(fā)生的電子的過(guò)程．

解答 解：（1）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，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(lái)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用吸收H₂后的稀土儲(chǔ)氫合金作為電池負(fù)極材料，放電做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，MH中M化合價(jià)為0價(jià)，
故答案為：0；
②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；
③陰極上是氧氣發(fā)生的電子的過(guò)程，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^- 或4MH+O₂+4e^-=2H₂O+4M，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^- 或4MH+O₂+4e^-=2H₂O+4M．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式、化學(xué)平衡的影響因素、電解池原理的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．