Question

15．氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，以太阳能为热能，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法．其反应过程如图1所示：

（1）反应I的化学方程式是SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI．
（2）反应I得到的产物用I₂进行分离．该产物的溶液在过量I₂的存在下会分成两层一一含低浓度I₂的H₂SO₄层和含高浓度I₂的HI层．
①根据上述事实，下列说法正确的是ac（选填序号）．
a．两层溶液的密度存在差异
b．加I₂前，H₂SO₄溶液和HI溶液不互溶
c．I₂在HI溶液中比在H₂SO₄溶液中易溶
②辨别两层溶液的方法是观察颜色，颜色深的为HI层，颜色浅的为硫酸层．
③经检测，H₂SO₄层中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2.06：1，其比值大于2的原因硫酸层中含少量的HI，且HI电离出氢离子．
（3）反应Ⅱ：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1它由两步反应组成：
i．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g），△H=+177kJ•mol^-1
ii．SO₃（g）分解．
L（L_l，L₂）、X可分别代表压强或温度，如图2表示L一定时，ii中SO₃（g）的平衡转化率随X的变化关系．
①X代表的物理量是压强．
②判断L_l，L₂的大小关系，并简述理由：L₁＜L₂，分解反应为吸热反应，温度高，转化率大．

Answer 1

分析 （1）由图可知，反应I为二氧化硫与碘发生氧化还原反应生成硫酸和HI；
（2）①分成两层，与溶解性、密度有关；
②两层的颜色不同；
③H₂SO₄中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2：1，且HI电离出氢离子；
（3）①由图可知，X越大，转化率越低；
②分解反应为吸热反应，温度高，转化率大．

解答 解：（1）由图可知，反应I为二氧化硫与碘发生氧化还原反应生成硫酸和HI，该反应为SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI，
故答案为：SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI；
（2）①a．两层溶液的密度存在差，才出现上下层，故a正确；
b．加I₂前，H₂SO₄溶液和HI溶液互溶，与分层无关，故b错误；
c．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，故c正确；
故答案为：ac；
②辨别两层溶液的方法是：观察颜色，颜色深的为HI层，颜色浅的为硫酸层，
故答案为：观察颜色，颜色深的为HI层，颜色浅的为硫酸层；
③H₂SO₄层中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2.06：1．其比值大于2的原因是硫酸层中含少量的HI，且HI电离出氢离子，
故答案为：硫酸层中含少量的HI，且HI电离出氢离子；
（3）①由图可知，X越大，转化率越低，升高温度转化率增大，则X表示压强，
故答案为：压强；
②由2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H＞0，温度高，转化率大，图中等压强时L₂对应的转化率大，则L₁＜L₂，
故答案为：L₁＜L₂，分解反应为吸热反应，温度高，转化率大．

点评 本题考查混合物分离提纯及化学平衡等，为高频考点，题目难度中等，把握发生的反应、平衡影响因素为解答的关键，侧重分析与应用能力的综合考查．