Question

12．氢能是一种极具发展潜力的清洁能源．硫碘循环分解水是最具潜力的制氢方法．其反应原理如下：
Ⅰ．SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HIⅡ．2H₂SO₄=2SO₂+O₂+2H₂OⅢ．2HI=H₂+I₂
（1）反应Ⅱ在低温条件下不能自发进行的原因是△H＞0．
在反应器中加入SO₂、I₂、H₂O的物质的量分别为1mol、9mol、16mol，充分反应静置后得到混合物分成两层--上层是含低浓度I₂的H₂SO₄层和下层是高浓度的I₂的HI层．
①根据上述事实，下列说法正确的是c（选填序号）．
a．H₂SO₄溶液和HI溶液不互溶
b．HI溶液的密度大于H₂SO₄溶液的密度
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，颜色深的是HI层，颜色浅的是硫酸层．
③HI层中存在I^-+I₂?I₃^-，c（H⁺）大于c（I^-）+c（I₃^-）（填大于、小于或等于）
（2）已知：SO₃（g）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H=-177kJ/mol
2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol
则2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）的△H=+550 kJ/mol
（3）电解乙醇水溶液制备氢气具有诱人的前景，如图是电解乙醇水溶液的装置剖面，MEA为电解质膜允许质子通过．
①通电电解前需要向阴极区通入氩气，其目的是阴极发生还原反应生成氢气，应先排出空气
②写出阳极电极反应式CH₃CH₂OH+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）反应Ⅱ为分解反应，应在加热条件下进行；
①a．硫酸和HI溶液不分层；
b．由题给信息可知溶液的密度与碘的浓度有关；
c．由题给信息可知碘在HI溶液中浓度较大．
②可观察溶液的颜色判断；
（2）已知：①SO₃（g）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H=-177kJ/mol，②2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol，利用盖斯定理将②-①×2可得2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）的△H；
（3）①阴极发生还原反应生成氢气，应先排出空气；
②由图示可知乙醇被氧化生成二氧化碳．

解答 解：（1）反应Ⅱ的△S＞0，如能自发进行，应满足△H-T•△S∵0，在低温条件下不能自发进行，说明△H＞0，故答案为：△H＞0；
①a．硫酸和HI都溶于水，溶液不分层，故a错误；
b．由题给信息可知溶液的密度与碘的浓度有关，不能确定碘的HI以及硫酸溶液的密度大小，故b错误；
c．由题给信息可知碘在HI溶液中浓度较大，故c正确．
故答案为：c；
②由题给信息可知混合物分成两层--上层是含低浓度I₂的H₂SO₄层和下层是高浓度的I₂的HI层，可观察颜色，颜色深的是HI层，颜色浅的是硫酸层，
故答案为：观察颜色，颜色深的是HI层，颜色浅的是硫酸层；
③溶液中存在电荷守恒c（H⁺）=c（OH^-）+c（I^-）+c（I₃^-），则c（H⁺） 大于c（I^-）+c（I₃^-），故答案为：大于；
（2）已知：①SO₃（g）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H=-177kJ/mol，②2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol，
利用盖斯定理将②-①×2可得2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）的△H=196kJ/mol-2×（-177kJ/mol）=+550kJ/mol，
故答案为：+550；
（3）①阴极发生还原反应生成氢气，应先排出空气，可通入氩气，故答案为：赶出装置中的空气；
②由图示可知乙醇被氧化生成二氧化碳，电极方程式为 CH₃CH₂OH+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，故答案为：CH₃CH₂OH+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

点评 本题考查较为综合，化学反应与能量变化、离子浓度大小比较以及原电池知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难度中等．