Question

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

完成下列填空
（1）反应Ⅰ的化学方程式是SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI．
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--含低浓度I₂的H₂SO₄层和高浓度的I₂的HI层．
（2）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
（3）辨别两层溶液的方法：观察颜色颜色深的为HI层，颜色浅的为硫酸层
（4）经检测，H₂SO₄层中c（H⁺）：c（SO${\;}_{4}^{2-}$）=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．
反应Ⅱ：2H₂SO₄（l）→2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）-1100kJ 它由两步反应组成：
i．H₂SO₄（l）→SO₃（g）+H₂O（g）-177kJ    ii．SO₃（g）分解．
L（L₁、L₂），X可分别代表压强或温度．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．
（5）X代表的物理量是压强，推断的依据是增大压强平衡逆向进行，三氧化硫转化率减小．
（6）判断L₁和L₂的大小，并简述理由L₁＜L₂，分解反应为吸热反应，温度高，三氧化硫转化率大．

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）分成两层，与溶解性、密度有关；
（3）两层的颜色不同；
（4）H₂SO₄中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2：1，且HI电离出氢离子；
（5）由图可知，X越大，转化率越低，依据反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡逆向进行；
（6）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）a．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；
（3）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；
（4）H₂SO₄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；
（5）由图可知，X越大，三氧化硫转化率越低，升高温度转化率增大不符合，增大压强平衡逆向进行，三氧化硫转化率减小，图象符合X表示压强，
故答案为：压强，增大压强平衡逆向进行，三氧化硫转化率减小；
（6）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，三氧化硫转化率大．

点评 本题考查混合物分离提纯及化学平衡等，为高频考点，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，题目难度中等．