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【题目】利用太阳能热化学硫碘循环分解水制氢反应过程如下图所示:

(1) 反应中涉及的热化学方程式为:

H2SO4(l)=SO3(g)+H2O(g) ΔH=+177.3 kJ·mol1

2SO3(g) = 2SO2(g)+O2(g) ΔHa kJ·mol1

2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550.2 kJ·mol1 a

(2)反应得到的产物可用I2进行分离。该产物的溶液在过量I2的存在下会分成两层 含低浓度I2H2SO4溶液层和高浓度的I2HI溶液层。

①区分两层溶液可加入的试剂为 (填化学式)。

②下列说法正确的是 (填序号)。

A. SO2在反应中作氧化剂

B. 加过量I2前,H2SO4溶液和HI不互溶

C. 两层溶液的密度存在差异

D. I2HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶

(3)用氧缺位铁酸铜(CuFe2O4x)作催化剂,利用太阳能热化学循环分解H2O也可制H2,其物质转化如右图所示。

①氧缺位铁酸铜(CuFe2O4x)与水反应的化学方程式为

②若x0.15,则1 mol CuFe2O4参与该循环过程理论上一次能制得标准状况下的H2体积为 L

CuFe2O4可用电化学方法得到,其原理如图所示,则阳极的电极反应式为

【答案】(1)195.6(2)①BaCl2②CD

(3)CuFe2O4-xxH2OCuFe2O4xH23.36

Cu+2Fe+4O2--8eCuFe2O4

【解析】

试题分析:(1) 已知:H2SO4(l)=SO3(g)+H2O(g) ΔH=+177.3 kJ·mol1

2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔHa kJ·mol1

2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550.2 kJ·mol1

则根据盖斯定律可知①×2即得到反应,所以a550.2177.3×2=195.6;

(1)①由于含有硫酸,因此区分两层溶液可加入的试剂为BaCl2A.S元素化合价升高,SO2在反应中作还原,A错误;B.加I2前,H2SO4溶液和HI溶液互溶,与分层无关,B错误;C.两层溶液的密度存在差,才出现上下层,C正确;D. .I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶,则碘在不同溶剂中溶解性不同,类似萃取,与分层有关,D正确,答案选CD。

(3)根据转化关系图可知氧缺位铁酸铜(CuFe2O4x)与水反应生成氢气和CuFe2O4,所以反应的化学方程式为CuFe2O4-xxH2OCuFe2O4xH2

根据中反应的方程式可知x0.15,则1 mol CuFe2O4参与该循环过程理论上一次能制得标准状况下的H2体积为0.15mol×22.4L/mol=3.36L

电解池中阴离子向阳极移动,即O2-向阳极移动,阳极是金属失去电子,结合O2-生成CuFe2O4,因此阳极的电极反应式为Cu+2Fe+4O2--8eCuFe2O4

练习册系列答案
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(1)配制50 mL 1.0 mol·L1的FeCl3溶液,测其pH约为0.7,即c(H+) = 0.2 mol·L1

用化学用语解释FeCl3溶液呈酸性的原因:

下列实验方案中,能使FeCl3溶液pH升高的是 (填字母序号)。

a. 加水稀释 b. 加入FeCl3固体

c. 滴加浓KSCN溶液 d. 加入NaHCO3固体

(2)小组同学利用上述FeCl3溶液探究其与足量锌粉的反应。实验操作及现象如下:

操作

现象

向反应瓶中加入6.5 g锌粉,然后加入50 mL 1.0 mol·L1的FeCl3溶液,搅拌

溶液温度迅速上升,稍后出现红褐色沉淀,同时出现少量气泡;反应一段时间后静置,上层溶液为浅绿色,反应瓶底部有黑色固体

收集检验反应过程中产生的气体

集气管口靠近火焰,有爆鸣声

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结合实验现象和平衡移动原理解释出现红褐色沉淀的原因:

用离子方程式解释反应后溶液为浅绿色的原因:

分离出黑色固体,经下列实验证实了其中含有的主要物质。

i. 黑色固体可以被磁铁吸引;

ii. 向黑色固体中加入足量的NaOH溶液,产生气泡;

iii. 将ii中剩余固体用蒸馏水洗涤后,加入稀盐酸,产生大量气泡;

iv. 向iii反应后的溶液中滴加KSCN溶液,无变化。

a. 黑色固体中一定含有的物质是

b. 小组同学认为上述实验无法确定黑色固体中是否含有Fe3O4,理由是

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操作

现象

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与0.65 g锌粉混合

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