题目内容

5．碘硫化学循环原理如图一所示．

（1）写出反应③的化学方程式2HI?H2+I2，一定温度下，向2L密闭容器中加入2mol HI（g），测得n （H2）随时间的变化如图二所示，则该温度下该反应的平衡常数K=$\frac{1}{64}$．
（2）写出反应①的化学方程式I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4，其中SO2体现的是还原性．
（3）综合①②③三个反应，可看出该化学循环是为了制备某种能源气体，该气体的化学式是H2．
（4）氧缺位铁酸铜（CuFe2O4-δ）是反应②的良好的催化剂．实验室用如下方法制得：
I．在Fe（NO3）3和Cu（NO3）2混合溶液中加入一定量KOH溶液，加热
II． 调节pH并连续搅拌24小时
III．过滤、干燥获得铁酸铜（CuFe2O4）
Ⅳ．在氮气保护下、1 223K时煅烧CuFe2O4，得到CuFe2O3.86
①写出制备得到CuFe2O4的化学方程式2Fe（NO3）3+Cu（NO3）2+8KOH=CuFe2O4+8KNO3+4H2O
②研究发现：
温度元素存在形式
1 200-1 350KFe3+部分转变为Fe2+
计算CuFe2O3.86中Fe3+与Fe2+的质量百分含量之比为43：7．
（5）由于该循环中H2SO4 与HI发生副反应造成反应器堵塞，因此有科学家用图三所示原理进行反应．写出阳极的电极反应式SO2+2H2O-2e-=4H++SO42-．请用文字说明在N极能够获得所需物质的原因是M极附近产生的H+通过质子交换膜移动到N极附近，与I2失电子后得到的I-形成HI溶液．

分析 （1）由图可知碘化氢分解生成单质碘和氢气； 结合图象，利用三段式求出各物质平衡时的浓度，然后由平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$计算；
（2）反应①为二氧化硫与单质碘反应生成HI和硫酸；反应中S元素的化合价升高，作还原剂；
（3）二氧化硫和水、碘单质发生反应生成硫酸、氢碘酸，而碘化氢分解生成碘和氢气；
（4）①由题意可知Fe（NO3）3和Cu（NO3）2混合溶液中加入一定量KOH溶液反应生成CuFe2O4和KNO3，根据质量守恒配平；
②根据化合物种各元素的化合价的代数和为零计算；
（5）电解时二氧化硫在阳极失电子生成硫酸；碘单质在N极得电子生成碘离子，与氢离子结合形成HI．

解答 解：（1）由图可知碘化氢分解生成单质碘和氢气，其反应的方程式为：2HI?H2+I2；
             2HI?H2+I2
起始（mol/L）：1       0    0
转化（mol/L）：0.2    0.1   0.1
平衡（mol/L）：0.8    0.1   0.1
则K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$=$\frac{0.1×0.1}{0．{8}^{2}}$=$\frac{1}{64}$；
故答案为：2HI?H2+I2；$\frac{1}{64}$；
（2）反应①为二氧化硫与单质碘反应生成HI和硫酸，反应的方程式为：I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4，反应中S元素的化合价升高，则二氧化硫被氧化作还原剂，体现还原性；
故答案为：I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4；还原；
（3）二氧化硫和水、碘单质发生反应生成硫酸、氢碘酸，而碘化氢分解生成碘和氢气，所以该反应释放的能源气体为氢气，故答案为：H2；
（4）①Fe（NO3）3和Cu（NO3）2混合溶液中加入一定量KOH溶液反应生成CuFe2O4和KNO3，其反应的方程式为2Fe（NO3）3+Cu（NO3）2+8KOH=CuFe2O4+8KNO3+4H2O，
故答案为：2Fe（NO3）3+Cu（NO3）2+8KOH=CuFe2O4+8KNO3+4H2O；
②设CuFe2O3.86中Fe3+个数为x，Fe2+的个数为y，
由化合价的代数和为零得：2+3x+2y+（-2）×3.86=0，x+y=2，
则解得：$\frac{x}{y}$=43：7，所以CuFe2O3.86中Fe3+与Fe2+的质量百分含量之比为 43：7；
故答案为：43：7；
（5）电解时二氧化硫在阳极失电子生成硫酸，其电极方程式为：SO2+2H2O-2e-=4H++SO42-；碘单质在N极得电子生成碘离子，M极附近产生的H+通过质子交换膜移动到N极附近，碘离子与氢离子结合形成HI，
故答案为：SO2+2H2O-2e-=4H++SO42-；M极附近产生的H+通过质子交换膜移动到N极附近，与I2失电子后得到的I-形成HI溶液．

点评 本题是一道综合题，考查了化学平衡常数的计算、氧化还原反应概念、化学方程式的书写、电解原理的应用等，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，注意把握实验原理．

练习册系列答案
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5．有下列物质：①铜，②稀硫酸，③HCl，④NH3，⑤空气，⑥CO2，⑦金属汞，⑧加入碘酸钾的食用盐，⑨碳酸钙，⑩氯气，⑪CaO，⑫SO3，⑬Na2O．
（1）请按照表中提示的信息，分别把符合左栏条件的物质的编号填人右栏相应的位置．
符合的条件物质的编号
混合物②⑤⑧
电解质，但熔融状态并不导电③
电解质，但难溶于水，也不与水反应⑨
非电解质④⑥⑫
既不是电解质，也不是非电解质，但本身能导电①②⑦
（2）题自所给的13种物质中．有无法填人上表中的吗？如果有的话，是什么物质？
6．在同温、同压时，相同质量的O2、H2、N2三种其他，其摩尔质量由大到小排序为O2＞N2＞H2；其体积由大到小排序为H2＞N2＞O2；其物质的量由大到小排序为H2＞N2＞O2；其分子个数由大到小排序为H2＞N2＞O2．
13．某小组以工业氧化铁、草酸、盐酸、异丙醚为原料，合成晶体X[化学式为Fe2（C2O4）3•5H2O]，并确定其纯度．
①晶体X的合成，将工业氧化铁溶于盐酸中，然后加入异丙醚萃取、分液，除去水层后，加入草酸溶液后分液，除去醚层，再经过操作A，然后过滤、洗涤、干燥，得到晶体X．
②晶体X纯度的测定：称取ag样品，加入硫酸酸化，用bmol•L-1的KMnO4溶液滴定生成的H2C2O4，达到滴定终点时，共消耗KMnO4溶液cmL．
回答下列问题：
（1）氧化铁能被异丙醚萃取的原因是FeCl3在异丙醚中的溶解度大于其在水中的溶解度．
（2）操作A的名称为蒸发浓缩、冷却结晶，进行操作A时使用的玻璃仪器有酒精灯、玻璃棒、蒸发皿．
（3）晶体X需用冰水洗涤，其目的是除去杂质、减少草酸铁晶体的溶解损耗．
（4）KMnO4溶液应置于如图所示的仪器甲（填“甲”或“乙”）中，滴定过程中发生反应的化学方程式为：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=2K2SO4+1MnSO4+10CO2↑+8H2O（在方框中填入相应物质的化学计量数），滴定终点的现象是滴入最后一滴溶液，溶液变化为紫色且半分钟不变．
（5）样品中晶体X纯度的表达式为：$\frac{2330bc×1{0}^{-3}}{6a}$×100%．
（6）滴定过程中，若滴定管在滴定前尖嘴部分有气泡，滴定后消失，则滴定结果将偏高（填“偏高”或“偏低”）．
20．高氯酸铵（AP）是人工防冰雹的药剂，在受剧热撞击能引起爆炸．通过电解-复分解法制备AP的流程以及相关物质的溶解度曲线如下：

请回答下列问题：
（1）流程中“一次分离”的操作是过滤；二次分离的操作是蒸发浓缩，冷却结晶．
（2）反应器中加入氯化铵发生反应的离子方程式是NH4Cl+NaClO4=NaCl+NH4ClO4↓．
（3）若电解槽为隔膜式电解槽，隔膜为质子（H+）交换膜，电解槽中阳极的电极反应式是ClO3--2e-+H2O=ClO4-+2H+．
（4）流程中设计循环利用的目的是充分利用原料，提高经济效益．
（5）高氯酸铵在爆炸时放出大量的热，生成水和三种气体单质，其中一种气体呈黄绿色，另两种气体在高温或放电的条件下可发生反应，11.75g高氯酸铵爆炸时释放akJ热量，高氯酸铵爆炸的热化学方程式是2NH4ClO4（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$N2）（g）↑+2O2（g）↑+Cl2↑（g）+4H2O（l）△H=-20aKJ/mol（已知Mr（NH4ClO4）=117.5）
（6）NaClO3受热分解只生成NaClO4和一种无氧酸盐，某同学用21.3gNaClO3受热分解生成的NaClO4按上述流程制取高氯酸铵．整个流程中ClO4-损失了a%，最多能制得高氯酸铵的质量是18.375×（1-a%）g（已知：Mr（NaClO3）=106.5）
10．沉淀的生成、溶解和转化在无机物制备和提纯以及科研等领域有广泛应用．难溶物在水中溶解达到饱和时，即建立沉淀溶解平衡，平衡常数称为溶度积（Ksp）．已知25℃时，Ksp（BaSO4）=1×10-10，Ksp（BaCO3）=2.5×10-9．
（1）将浓度均为0.1mol•L-1的BaCl2溶液与Na2SO4溶液等体积混，充分搅拌后过滤，滤液中c（Ba2+）=1×10-5mol•L-1．取100mL滤液与100mL 2mol•L-1的Na2SO4溶液混合，混合液中c（Ba2+）=1×10-10mol•L-1．
（2）医学上进行消化系统的X射线透视时，常使用BaSO4作内服造影剂．胃酸很强（pH约为1），但服用大量BaSO4仍然是安全的，BaSO4不溶于酸的原因是对于平衡BaSO4（s）?Ba2+（aq）+SO42-（aq），H+不能减少Ba2+或SO42-的浓度，平衡不能向溶解方向移动 （用沉淀溶解平衡原理解释）．万一误服了少量BaCO3，应尽快用大量0.5mol•L-1Na2SO4溶液给患者洗胃，如果忽略洗胃过程中Na2SO4溶液浓度的变，残留在胃液中的Ba2+浓度仅为2×10-10mol•L-1．
（3）长期使用的锅炉需要定期除水垢，否则会降低燃料的用率．水垢中含有的CaSO4，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3，而后用酸除去．
①CaSO4转化为CaCO3的离子方程式为CaSO4（s）+CO32-（aq）=CaCO3（s）+SO42-（aq）；
②请分析CaSO4转化为CaCO3的原理：CaSO4存在沉淀溶解平衡，加入Na2CO3溶液后，CO32-与Ca2+结合生成CaCO3沉淀Ca2+浓度减少，使CaSO4的沉淀溶解平衡向溶解方向移动．
17．元素性质呈现周期性变化的原因是（　　）
A．元素原子的原子半径出现周期性变化
B．元素的化合价出现周期性变化
C．元素原子的电子层数出现周期性变化
D．元素原子的核外电子排布出现周期性变化
14．下列物质中，所含的原子或离子中最外层都为8电子结构的是（　　）
A．ClB．NeC．Li+D．O
15．1828年德国化学家维勒以无机物为原料制得了有机物，打破了只能从有机体中取得有机物的学说，这种有机物是（　　）
A．葡萄糖B．甘油C．尿素D．结晶牛胰岛素

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