Question

8．膜反应器是膜过程和反应过程相结合的新型技术设备，同时具备了反应和分离的功能．对于可逆反应，通过膜扩散过程移走产物，提高转化率．利用膜反应器改进硫酸制备工艺，如以下流程图所示．硫铁矿（FeS₂）燃烧产生的SO₂，通过下列碘循环工艺过程既能制H₂SO₄，又能制H₂．

请回答下列问题：
（1）已知1g FeS₂完全燃烧放出7.1kJ热量，FeS₂燃烧反应的热化学方程式为4FeS₂（s）+11O₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408kJ•mol^-1
（2）该循环工艺过程的总反应方程式为SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂
（3）HI分解反应为2HI?H₂+I₂，该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（H2）c（I2）}{c2（HI）}$．用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中，使用膜反应器分离出H₂的目的是有利于平衡向右移动，有利于碘和氢气的生成
（4）用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池．电池充放电时的总反应为：
NiO（OH）+MH$?_{充电}^{放电}$Ni（OH）₂+M
①MH中M的化合价是0
②电池放电时，负极的电极反应式为MH-e^-+OH^-=H₂O+M
③充电完成时，Ni（OH）₂全部转化为NiO（OH）．若继续充电将在一个电极产生O₂，O₂扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-或4MH+O₂+4e^-=2H₂O+4M．

Answer 1

分析 （1）根据题目所给物质的量的多少结合热化学方程式的书写方法来回答，反应的化学方程式为：4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，标出各物质的聚集状态；在反应中4 mol FeS₂的质量为m（FeS₂）=4 mol×120 g•mol^-1=480 g，放热Q=480 g×7.1 kJ/g=3408 kJ，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出；
（2）根据该循环的工艺流程是用硫铁矿（FeS₂）燃烧产生的SO₂来制硫酸，在反应器中发生反应：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，在膜反应器中的反应为：2HI?I₂+H₂，将两个方程式相加得；
（3）根据平衡移动的原理来分析，将H₂分离出来有利于平衡向右移动，利于I₂和H₂的生成；
（4）①用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料，放电做负极失电子发生氧化反应；
②根据负极反应的特点和总电池反应来回答，负极反应物MH失去电子，生成的H⁺在碱性条件下生成H₂O；
③根据氧气进入另一个电极阴极上是氧气发生的电子的过程．

解答 解：（1）反应的化学方程式为：4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，标出各物质的聚集状态；在反应中4 mol FeS₂的质量为m（FeS₂）=4 mol×120 g•mol^-1=480 g，放热Q=480 g×7.1 kJ/g=3408 kJ，对应的热化学方程式为：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408 kJ•mol^-1，故答案为：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3408 kJ•mol^-1；
（2）在反应器中发生反应：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，在膜反应器中的反应为：2HI?I₂+H₂，将两个方程式相加得：SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂，故答案为：SO₂+2H₂O=H₂SO₄+H₂；
（3）在膜分离器中发生反应：2HI?I₂+H₂，将H₂分离出来有利于平衡向右移动，利于I₂和H₂的生成，故答案为：有利于平衡向右移动，有利于碘和氢气的生成；
（4）①用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料，放电做负极失电子发生氧化反应，MH中M化合价为0价，
故答案为：0；
②负极反应物MH失去电子，生成的H⁺在碱性条件下生成H₂O，电解反应式为：MH-e^-+OH^-=H₂O+M，故答案为：MH-e^-+OH^-=H₂O+M；
③阴极上是氧气发生的电子的过程，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^- 或4MH+O₂+4e^-=2H₂O+4M，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^- 或4MH+O₂+4e^-=2H₂O+4M．

点评 本题考查了热化学方程式书写、氧化还原反应化学方程式、化学平衡的影响因素、电解池原理的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．