题目内容
开发氢能是实现社会可持续发展的需要。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。
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请回答下列问题:
(1)已知1 g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ热量,FeS2燃烧反应的热化学方程式为
________________________________________。
(2)该循环工艺过程的总反
应方程式为__________________________________。
(3)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__________________________________。
(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
Ni(OH)2+M
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①电池放电时,负极的电极反应式为_________________________________。
②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___________________________________________。
(1)反应方程式: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-1=3 408 kJ,对应的热化学方程式为:
4FeS2(s)+11O2(g)====2Fe2O3(s)+8SO2(g) ΔH=-3 408 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。
(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。
(4)①负极反应物MH失去电子,生成的H+在碱性条件下生成H2O,电极反应式为MH-e-+OH-====H2O+M。
②O2与MH发生反应,生成H2O和M,电极反应式为4MH+O2+4e-====
2H2O+4M。
答案:(1)4FeS2(s)+11O2(g)====2Fe2O3(s)+8SO2(g) ΔH=-3 408 kJ·mol-1
(2)SO2+2H2O====H2SO4+H2
(3)促使平衡向右移动,有利于碘和氢气的生成
(4)①MH-e-+OH-====H2O+M
②4MH+O2+4e-====2H2O+4M