Question

工業(yè)上用硫碘開路循環(huán)聯(lián)產(chǎn)氫氣和硫酸的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：
（1）在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是    ．
（2）在膜反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）△H＞0．若在一定條件密閉容器中加入1mol HI（g），n（H₂）隨時間（t）的變化關(guān)系如圖1所示：
①該溫度下，反應(yīng)平衡常數(shù)K=    ，若升高溫度，K值將    （填“增大”、“減小”或“不變”）．
②用化學(xué)平衡原理解釋使用膜反應(yīng)器及時分離出H₂的目的是    ．
（3）電滲析裝置如圖2所示：
①結(jié)合電極反應(yīng)式解釋陰極區(qū)HI_x轉(zhuǎn)化為HI的原理是    ．
②該裝置中發(fā)生的總反應(yīng)的化學(xué)方程式是    ．
（4）上述工藝流程中循環(huán)利用的物質(zhì)是    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）由工藝流程圖可知，SO₂、I₂、H₂O反應(yīng)生成H₂SO₄、HI_X，配平書寫方程式；
（2）①由圖1可知，平衡時氫氣的物質(zhì)的量為0.1mol，據(jù)此利用三段式計算平衡時各組分的物質(zhì)的量，由于反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，故可以利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算；
該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)移動，平衡常數(shù)增大；
②及時分離出H₂，使平衡正向移動，提高HI的分解率；
（3）①由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉(zhuǎn)化為I^-，且陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，得以生成HI溶液．
②由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉(zhuǎn)化為I^-，在陽極區(qū)I_x^-轉(zhuǎn)化為I₂，陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，得以生成HI溶液，即電解HI_x生成I₂、HI；
（4）由工藝流程可知，電滲析裝置與膜反應(yīng)器中都產(chǎn)生I₂，可以再反應(yīng)器中循環(huán)利用．
解答：解：（1）由工藝流程圖可知，SO₂、I₂、H₂O反應(yīng)生成H₂SO₄、HI_X，反應(yīng)方程式為：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X，故答案為：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X；
（2）①由圖1可知，平衡時氫氣的物質(zhì)的量為0.1mol，則：
            2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
開始（mol）：1        0      0
變化（mol）：0.2       0.1    0.1      
平衡（mol）：0.8       0.1    0.1         
由于反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，故可以利用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故k==，
該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)移動，平衡常數(shù)增大，
故答案為：；增大；
②使用膜反應(yīng)器及時分離出H₂，使平衡正向移動，提高HI的分解率，故答案為：使平衡正向移動，提高HI的分解率；
（3）①由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉(zhuǎn)化為I^-，發(fā)生反應(yīng)：I_x^-+（x-1）e^-═xI^-，且陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，得以生成HI溶液，
故答案為：在陰極區(qū)發(fā)生反應(yīng)：I_x^-+（x-1）e^-═xI^-，且陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，得以生成HI溶液；
②由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉(zhuǎn)化為I^-，在陽極區(qū)I_x^-轉(zhuǎn)化為I₂，陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，得以生成HI溶液，即電解HI_x生成I₂、HI，反應(yīng)方程式為：2HI_x═（x-1）I₂+2HI，
故答案為：2HI_x═（x-1）I₂+2HI；
（4）由工藝流程可知，電滲析裝置與膜反應(yīng)器中都產(chǎn)生I₂，可以在反應(yīng)器中循環(huán)利用，故答案為：I₂．
點評：本題以工業(yè)上用硫碘開路循環(huán)聯(lián)產(chǎn)氫氣和硫酸工藝為載體，考查平衡常數(shù)的影響因素與有關(guān)計算、電解原理等，難度中等，（2）中平衡常數(shù)的計算，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)可以利用物質(zhì)的量代替濃度，注意根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式理解．