问题 问答题

工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如图所示:

请回答下列问题:

(1)在反应器中发生反应的化学方程式是______.

(2)在膜反应器中发生反应:2HI(g)⇌H2(g)+I2(g)△H>0.若在一定条件密闭容器中加入1mol HI(g),n(H2)随时间(t)的变化关系如图1所示:

①该温度下,反应平衡常数K=______,若升高温度,K值将______(填“增大”、“减小”或“不变”).

②用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H2的目的是______.

(3)电渗析装置如图2所示:

①结合电极反应式解释阴极区HIx转化为HI的原理是______.

②该装置中发生的总反应的化学方程式是______.

(4)上述工艺流程中循环利用的物质是______.

答案

(1)由工艺流程图可知,SO2、I2、H2O反应生成H2SO4、HIX,反应方程式为:SO2+x I2+2H2O═H2SO4+2HIX,故答案为:SO2+x I2+2H2O═H2SO4+2HIX

(2)①由图1可知,平衡时氢气的物质的量为0.1mol,则:

            2HI(g)⇌H2(g)+I2(g)

开始(mol):1        0      0

变化(mol):0.2       0.1    0.1      

平衡(mol):0.8       0.1    0.1         

由于反应前后气体的物质的量不变,故可以利用物质的量代替浓度计算平衡常数,故k=

0.1×0.1
0.82
=
1
64

该反应正反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应移动,平衡常数增大,

故答案为:

1
64
;增大;

②使用膜反应器及时分离出H2,使平衡正向移动,提高HI的分解率,故答案为:使平衡正向移动,提高HI的分解率;

(3)①由图2可知,在阴极区Ix-转化为I-,发生反应:Ix-+(x-1)e-═xI-,且阳极区的H+通过交换膜进入阴极区,得以生成HI溶液,

故答案为:在阴极区发生反应:Ix-+(x-1)e-═xI-,且阳极区的H+通过交换膜进入阴极区,得以生成HI溶液;

②由图2可知,在阴极区Ix-转化为I-,在阳极区Ix-转化为I2,阳极区的H+通过交换膜进入阴极区,得以生成HI溶液,即电解HIx生成I2、HI,反应方程式为:2HIx═(x-1)I2+2HI,

故答案为:2HIx═(x-1)I2+2HI;

(4)由工艺流程可知,电渗析装置与膜反应器中都产生I2,可以在反应器中循环利用,故答案为:I2

单项选择题
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