Question

（2013?西城區(qū)一模）工業(yè)上用硫碘開路循環(huán)聯(lián)產氫氣和硫酸的工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：
（1）在反應器中發(fā)生反應的化學方程式是

SO₂+xI₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X

．
（2）在膜反應器中發(fā)生反應：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）△H＞0．若在一定條件密閉容器中加入1mol HI（g），n（H₂）隨時間（t）的變化關系如圖1所示：
①該溫度下，反應平衡常數(shù)K=

1

64

，若升高溫度，K值將

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②用化學平衡原理解釋使用膜反應器及時分離出H₂的目的是

使平衡正向移動，提高HI的分解率

．
（3）電滲析裝置如圖2所示：
①結合電極反應式解釋陰極區(qū)HI_x轉化為HI的原理是

在陰極區(qū)發(fā)生反應：I_x^-+（x-1）e^-═xI^-，且陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進入陰極區(qū)，得以生成HI溶液

．
②該裝置中發(fā)生的總反應的化學方程式是

2HI_x═（x-1）I₂+2HI

．
（4）上述工藝流程中循環(huán)利用的物質是

I₂

．

Answer 1

分析：（1）由工藝流程圖可知，SO₂、I₂、H₂O反應生成H₂SO₄、HI_X，配平書寫方程式；
（2）①由圖1可知，平衡時氫氣的物質的量為0.1mol，據(jù)此利用三段式計算平衡時各組分的物質的量，由于反應前后氣體的物質的量不變，故可以利用物質的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式計算；
該反應正反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應移動，平衡常數(shù)增大；
②及時分離出H₂，使平衡正向移動，提高HI的分解率；
（3）①由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉化為I^-，且陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進入陰極區(qū)，得以生成HI溶液．
②由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉化為I^-，在陽極區(qū)I_x^-轉化為I₂，陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進入陰極區(qū)，得以生成HI溶液，即電解HI_x生成I₂、HI；
（4）由工藝流程可知，電滲析裝置與膜反應器中都產生I₂，可以再反應器中循環(huán)利用．

解答：解：（1）由工藝流程圖可知，SO₂、I₂、H₂O反應生成H₂SO₄、HI_X，反應方程式為：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X，故答案為：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X；
（2）①由圖1可知，平衡時氫氣的物質的量為0.1mol，則：
            2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）
開始（mol）：1        0      0
變化（mol）：0.2       0.1    0.1      
平衡（mol）：0.8       0.1    0.1         
由于反應前后氣體的物質的量不變，故可以利用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故k=

0.1×0.1

0．82

=

1

64

，
該反應正反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應移動，平衡常數(shù)增大，
故答案為：

1

64

；增大；
②使用膜反應器及時分離出H₂，使平衡正向移動，提高HI的分解率，故答案為：使平衡正向移動，提高HI的分解率；
（3）①由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉化為I^-，發(fā)生反應：I_x^-+（x-1）e^-═xI^-，且陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進入陰極區(qū)，得以生成HI溶液，
故答案為：在陰極區(qū)發(fā)生反應：I_x^-+（x-1）e^-═xI^-，且陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進入陰極區(qū)，得以生成HI溶液；
②由圖2可知，在陰極區(qū)I_x^-轉化為I^-，在陽極區(qū)I_x^-轉化為I₂，陽極區(qū)的H⁺通過交換膜進入陰極區(qū)，得以生成HI溶液，即電解HI_x生成I₂、HI，反應方程式為：2HI_x═（x-1）I₂+2HI，
故答案為：2HI_x═（x-1）I₂+2HI；
（4）由工藝流程可知，電滲析裝置與膜反應器中都產生I₂，可以在反應器中循環(huán)利用，故答案為：I₂．

點評：本題以工業(yè)上用硫碘開路循環(huán)聯(lián)產氫氣和硫酸工藝為載體，考查平衡常數(shù)的影響因素與有關計算、電解原理等，難度中等，（2）中平衡常數(shù)的計算，反應前后氣體物質的量不變的反應可以利用物質的量代替濃度，注意根據(jù)平衡常數(shù)表達式理解．