Question

工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：
（1）在反应器中发生反应的化学方程式是    ．
（2）在膜反应器中发生反应：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）△H＞0．若在一定条件密闭容器中加入1mol HI（g），n（H₂）随时间（t）的变化关系如图1所示：
①该温度下，反应平衡常数K=    ，若升高温度，K值将    （填“增大”、“减小”或“不变”）．
②用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H₂的目的是    ．
（3）电渗析装置如图2所示：
①结合电极反应式解释阴极区HI_x转化为HI的原理是    ．
②该装置中发生的总反应的化学方程式是    ．
（4）上述工艺流程中循环利用的物质是    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）由工艺流程图可知，SO₂、I₂、H₂O反应生成H₂SO₄、HI_X，配平书写方程式；
（2）①由图1可知，平衡时氢气的物质的量为0.1mol，据此利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，由于反应前后气体的物质的量不变，故可以利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算；
该反应正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应移动，平衡常数增大；
②及时分离出H₂，使平衡正向移动，提高HI的分解率；
（3）①由图2可知，在阴极区I_x^-转化为I^-，且阳极区的H⁺通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液．
②由图2可知，在阴极区I_x^-转化为I^-，在阳极区I_x^-转化为I₂，阳极区的H⁺通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液，即电解HI_x生成I₂、HI；
（4）由工艺流程可知，电渗析装置与膜反应器中都产生I₂，可以再反应器中循环利用．
解答：解：（1）由工艺流程图可知，SO₂、I₂、H₂O反应生成H₂SO₄、HI_X，反应方程式为：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X，故答案为：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X；
（2）①由图1可知，平衡时氢气的物质的量为0.1mol，则：
            2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
开始（mol）：1        0      0
变化（mol）：0.2       0.1    0.1      
平衡（mol）：0.8       0.1    0.1         
由于反应前后气体的物质的量不变，故可以利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故k==，
该反应正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应移动，平衡常数增大，
故答案为：；增大；
②使用膜反应器及时分离出H₂，使平衡正向移动，提高HI的分解率，故答案为：使平衡正向移动，提高HI的分解率；
（3）①由图2可知，在阴极区I_x^-转化为I^-，发生反应：I_x^-+（x-1）e^-═xI^-，且阳极区的H⁺通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液，
故答案为：在阴极区发生反应：I_x^-+（x-1）e^-═xI^-，且阳极区的H⁺通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液；
②由图2可知，在阴极区I_x^-转化为I^-，在阳极区I_x^-转化为I₂，阳极区的H⁺通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液，即电解HI_x生成I₂、HI，反应方程式为：2HI_x═（x-1）I₂+2HI，
故答案为：2HI_x═（x-1）I₂+2HI；
（4）由工艺流程可知，电渗析装置与膜反应器中都产生I₂，可以在反应器中循环利用，故答案为：I₂．
点评：本题以工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸工艺为载体，考查平衡常数的影响因素与有关计算、电解原理等，难度中等，（2）中平衡常数的计算，反应前后气体物质的量不变的反应可以利用物质的量代替浓度，注意根据平衡常数表达式理解．