Question

由美国通用原子能公司（GA）提出的碘硫循环被公认为是效率最高（预期转化率可达50%以上）、最有希望实现的热化学分解物质X的循环．其流程如图1：

（1）物质X是

 

（填化学式）；在此循环过程中，有一种物质，当作为反应物时只是还原剂，作为生成物时是还原产物，该化合物是

 

．
（2）在实验室中进行蒸馏操作时，所需的玻璃仪器为蒸馏烧瓶、温度计、尾接管、锥形瓶、

 

．
（3）氧缺位铁酸铜（CuFe₂0_4-x）可作上述流程中硫酸分解的催化剂．先在一定条件下，向Fe（ N0₃）₃和Cu（N0₃）₂混合液中加入KOH，制得铁酸铜（ CuFe₂0₄），此反应的化学方程式为：

 

；然后在

 

（填一常见气体）保护下，高温煅烧2h得到CuFe₂0_3.86，试计算1mol CuFe₂0_3.86中Fe²⁺的物质的量为

 

mol．
（4）硫酸分解随温度等变化规律的实验结果如图2所示，表示没有使用催化剂的曲线是

 

（填图中数字）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,含硫物质的性质及综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：（1）由流程可知可循环使用的物质为SO₂、I₂、H₂O，生成O₂和H₂，以此判断X；有一种物质，当作为反应物时只是还原剂，作为生成物时是还原产物，说明该物质化合价处于较低价态，可被氧化；
（2）根据蒸馏操作所需仪器判断；
（3）向Fe（ N0₃）₃和Cu（N0₃）₂混合液中加入KOH，制得铁酸铜（ CuFe₂0₄），结合质量守恒可确定反应的方程式；结合化合价代数和为0计算；
（4）硫酸分解所需催化剂为I₂，应在温度较低的环境中反应．

解答： 解：（1）由流程可知可循环使用的物质为SO₂、I₂、H₂O，生成O₂和H₂，则应为的分解H₂O，X应为H₂O，当作为反应物时只是还原剂，作为生成物时是还原产物，说明该物质化合价处于较低价态，可被氧化，该化合物为SO₂，故答案为：H₂O；SO₂；
（2）蒸馏时，所需仪器有蒸馏烧瓶、温度计、尾接管、锥形瓶、酒精灯、冷凝管，故答案为：酒精灯、冷凝管；
（3）向Fe（ N0₃）₃和Cu（N0₃）₂混合液中加入KOH，制得铁酸铜（ CuFe₂0₄），同时还应生成8KNO₃和水，反应的方程式为2Fe（NO₃）₃+Cu（NO₃）₂+8KOH=CuFe₂O₄+8KNO₃+4H₂0，煅烧时，为防止被空气总氧气氧化，应在氮气的保护下进行，CuFe₂0_3.86中Cu元素化合价为+2价，O为-2价，设Fe²⁺为xmol，
则由化合价代数和为0可知2+2x+3×（2-x）=2×3.86，
x=0.28，
故答案为：2Fe（NO₃）₃+Cu（NO₃）₂+8KOH=CuFe₂O₄+8KNO₃+4H₂0；氮气；0.28；
（4）硫酸分解所需催化剂为I₂，应在温度较低的环境中反应，相同转化率时③需要的温度高，则③没有使用催化剂，故答案为：③．

点评：本题综合考查物质的分离、提纯以及制备，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、计算能力和实验能力的考查，注意把握实验方案的设计以及相关实验操作，难度不大，答题时注意正确获取题给信息．