Question

【題目】石油煉制過程中產生的H2S是一種有毒氣體，其有效利用是亟需解決的問題。

(1)H2S的電子式是_________。

(2)熱分解法處理H2S

H2S(g)=H2(g)+S(s) ΔH1

已知：i.2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l) ΔH2

ii.S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH3

①利用ΔH2和ΔH3計算ΔH1時，還需要利用_______反應的ΔH。

②直接加熱分解H2S轉化率低，科學家發現MoS2可以催化H2S分解制取氫氣和硫磺，多孔陶瓷膜可以使氫氣選擇性分離。科學家使用沉積有MoS2的多孔陶瓷膜裝置進行反應的原因有_________。

(3)電化學法處理H2S

為避免硫磺沉積在陽極，將氧化吸收和電解制氫過程分開進行，裝置如圖所示。氧化吸收器中為Fe2(SO4)3溶液，電解反應器中，以石墨為陽極，以Pt為陰極，中間用質子交換膜隔開。

①氧化吸收器中反應的離子方程式為_________。

②電解反應器中，陰極的電極反應式為_________。

③電解反應器的作用是_________(寫出2點)。

Answer 1

【答案】 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) 使用MoS2加快反應速率，使用多孔陶瓷使H2優先通過，H2S(g)H2(g)+S(s)平衡正向移動，從而提高一段時間內H2S的轉化率 H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+ 2H++2e-=H2↑ 電解制得產物H2，Fe2+-e-=Fe3+，實現Fe2(SO4)3的循環使用

【解析】

(1)S原子與2個H原子形成2對共用電子對，使H2S分子中每個原子都達到穩定結構，據此書寫其電子式；

(2)①根據蓋斯定律，將已知的熱化學方程式疊加，可知待求反應的熱化學方程式；

②根據平衡移動原理分析；

(3)①氧化吸收器中的Fe2(SO4)3與H2S在溶液中發生氧化還原反應，產生FeSO4、H2SO4、S；

②在電解反應器中，電解質溶液為FeSO4、H2SO4，陰極上溶液中H+得到電子，發生還原反應；據此書寫電極反應式；

③根據圖示可知制取的物質、結合物質循環分析電解反應器的作用。

(1)S原子最外層有6個電子，與2個H原子形成2對共用電子對，從而使H2S分子中每個原子都達到穩定結構，則H2S的電子式為：；

(2)①i.2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l) ΔH2

ii.S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH3

iii. H2S(g)=H2(g)+S(s) ΔH1

i+ii-iii×2，整理可得2H2(g)+O2(g)=H2O(l)，因此要計算H2S(g)=H2(g)+S(s)的ΔH1，需要知道2H2(g)+O2(g)=H2O(l)的反應熱ΔH；

②直接加熱分解H2S轉化率低， MoS2可以催化H2S分解制取氫氣和硫磺，科學家使用沉積有MoS2的多孔陶瓷膜裝置，多孔陶瓷膜可以使氫氣選擇性分離，使H2S(g)H2(g)+S(s)，從而使化學平衡正向移動，最終提高了一段時間內H2S的轉化率；

(3)①氧化吸收器中的Fe2(SO4)3與H2S在溶液中發生氧化還原反應，產生FeSO4、H2SO4、S，反應的離子方程式為：H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+；

②根據裝置圖可知在電解反應器中，電解質溶液為氧化吸收器中的Fe2(SO4)3與H2S反應后產生的FeSO4、H2SO4，由于離子放電能力：H+>Fe2+，所以在電解池的陰極上，溶液中H+得到電子，發生還原反應，電極反應式為：2H++2e-=H2↑；

③在電解反應器中，陰極上發生反應：2H++2e-=H2↑；陽極上發生反應：Fe2+-e-=Fe3+，反應產生的Fe3+再進入氧化吸收器中氧化H2S，反應產生S單質，從而實現Fe2(SO4)3的循環使用。