Question

【題目】合理處理燃氣中的H2S,不僅可資源化利用H2S,還可減少對大氣的污染。回答下列問題:

(1)反應2H2S(g)=2H2(g)+S2(g)　ΔH=+171.59 kJ·mol-1,該反應可在____(填“低溫”“高溫”或“任何溫度”)下自發進行。

(2)利用H2S代替H2O通過熱化學循環可高效制取H2,原理如圖a所示:

①“Bunsen反應”的離子方程式為________。

②已知鍵能E(I—I)=152.7 kJ·mol-1,E(H—H)=436.0 kJ·mol-1,E(H—I)=298.7 kJ·mol-1,HI氣體分解為碘蒸氣和氫氣的熱化學方程式為________。

③上述循環過程總反應方程式為________。

(3)Ahmed Daham Wiheeb等介紹的一種燃料電池的裝置如圖b所示:

通入O2的電極為________(填“正極”或“負極”),每消耗3.36 L(標準狀況下)O2,理論上消耗H2S的質量為____。

(4)為探究H2S直接熱解[H2S(g) H2(g)+S2(g)],在一密閉容器中充入1 mol H2S與4 mol N2(N2不參與反應),維持總壓在101 kPa下進行實驗,圖c是不同溫度下反應時間與H2S的轉化率的關系,圖d是平衡時氣體組成與溫度的關系。

①圖c中溫度由高到低的順序是________。

②圖d中A點H2S的平衡轉化率為______,B點時反應的平衡常數Kp=____(已知≈10)。

Answer 1

【答案】高溫 SO2+I2+2H2O=4H++2I-+SO42- 2HI(g) H2(g)+I2(g)　ΔH=+8.7 kJ·mol-1 8H2S8H2+S8 正極 10.2 g T1>T2>T3 50% 5

【解析】

判斷反應能否自發進行，根據自由能判據△G=△H-T△S，△G＜0才能自發進行；而在分析循環反應的流程圖時，要看箭頭方向和進來、出去的物質，找出循環的物質，分析總反應，上述流程圖中，進入的是H2S和CO2，出來的是H2和S8以及CO2，可分析出是H2S分解成了H2和S8。

（1）反應的焓變△H＞0，△S＞0，要使得△H-T△S＜0，則需要在高溫下進行反應，故答案為：高溫；

（2）①“Bunsen反應”是SO2、I2、H2O反應生成H2SO4和 HI，故離子方程式為SO2+I2+2H2O=4H++2I-+SO42-，故答案為：SO2+I2+2H2O=4H++2I-+SO42-；

②反應熱ΔH =反應物鍵能總和-生成物鍵能總和，故2HI（g）H2（g）+I2（g）的反應熱為：298.7×2-436.0-152.7=8.7kJmol-1，故答案為：2HI(g) H2(g)+I2(g)　ΔH=+8.7 kJ·mol-1；

③上述流程圖中，進入的是H2S和CO2，出來的是H2和S8以及CO2，可分析出是H2S分解成了H2和S8，故總反應方程式為8H2S8H2+S8，故答案為：8H2S8H2+S8；

（3）該燃料電池是硫化氫失去電子，氧氣得到電子，故通入O2的電極為正極，根據電子守恒，得出關系式：2H2S～O2，當氧氣的物質的量為0.15 mol時，H2S為0.3mol，質量為0.3×34g=10.2g，故答案為：正極，10.2 g；

（4）①分解反應為吸熱反應，溫度越高，H2S的轉化率越大，故答案為：T1>T2>T3：

②圖d中A點表示H2S和H2的物質的量相等，根據方程式H2S(g) H2(g)+S2(g)可知H2S反應了一半，轉化率為50%；B點時：

H2S(g) H2(g)+S2(g)

起始物質的量 1 0 0

改變的物質的量 2x 2x x

B點物質的量 1-2x 2x x

由圖可知H2S的物質的量等于S2的物質的量，由等式1-2x= x，得x=，則B點氣體總物質的量為（+4）mol，B點H2S的物質的量為mol，H2的物質的量為mol，S2的物質的量mol， H2S的體積分數為=，H2的體積分數為， S2的體積分數為，則平衡常數Kp===5；故答案為：5。