Question

【題目】H2S是石油化工行業廣泛存在的污染性氣體，但同時也是重要的氫源和硫源，工業上可以采取多種方式處理。

Ⅰ．干法脫硫

（1）已知H2S的燃燒熱為akJmol-1 ，S的燃燒熱為bkJmol-1 ，則常溫下空氣直接氧化脫除H2S的反應：2H2S(g)＋O2(g)=2S(s)＋2H2O(l) △H＝______kJmol-1 。

（2）常用脫硫劑的脫硫效果及反應條件如下表，最佳脫硫劑為_________。

脫硫劑	出口硫（mg·m-3）	脫硫溫度（℃）	操作壓力（MPa）	再生條件
一氧化碳	＜1.33	300～400	0～3.0	蒸氣再生
活性炭	＜1.33	常溫	0～3.0	蒸氣再生
氧化鋅	＜1.33	350～400	0～5.0	不再生
錳礦	＜3.99	400	0～2.0	不再生

Ⅱ．熱分解法脫硫

在密閉容器中，充入一定量的H2S氣體，發生熱分解反應H2S(g)控制不同的溫度和壓強進行實驗，結果如圖(a)。

（3）圖(a)中壓強關系p1、p2、p3由大到小的順序為______，該反應為____（填“吸熱”或“放熱”）反應，若要進一步提高H2S的平衡轉化率，除了改變溫度和壓強外，還可以采取的措施有_______。

（4）壓強為p、溫度為975℃時，的平衡常數K=0.04，則起始濃度c=______molLˉ1，若向容器中再加入1molH2S氣體，相同溫度下再次達到平衡時，K_____0.04（填“>”1 “<”或“=”）。

Ⅲ．間接電解法脫硫

間接電解法是通過FeCl3溶液吸收并氧化H2S氣體，將反應后溶液通過電解再生，實現循環使用，該法處理過程如下圖(b)。

（5）電解反應器總反應的離子方程式為________。

（6）氣液比為氣體與液體的流速比，吸收反應器內液體流速固定。測定吸收器中相同時間內不同氣液比下H2S的吸收率和吸收速率，結果如圖(c)所示，隨著氣液比減小，H2S的吸收速率逐漸降低，而吸收率呈上升趨勢的原因為____________。

Answer 1

【答案】-2a+2b 活性炭 p3>p2>p1 吸熱 移出產物H2或S2 0.018 = 2Fe3++2H+2Fe2++H2↑ 氣液比減小，通入H2S的總量減少，參加反應的H2S的量減少，吸收速率減小；吸收液的量增大，氣液接觸更充分，使硫化氫的吸收率增大。

【解析】

書寫燃燒熱的熱化學方程式，利用蓋斯定律進行求解；結合表中信息，選出最佳脫硫劑；分析圖象，縱坐標代表的是H2S的平衡轉化率，變量為壓強和溫度，探究壓強和溫度對平衡移動的影響；已知平衡常數，設初始濃度，利用“三段式”進行計算求解；平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變；分析電解法處理過程，區別吸收速率和吸收率的不同。據此分析

(1)已知H2S的燃燒熱為akJmol-1，S的燃燒熱為bkJmol-1 ，則有H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(l) △H=-akJmol-1①，S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-bkJmol-1②，根據蓋斯定律則方程式2H2S(g)＋O2(g)=2S(s)＋2H2O(l) △H＝2×①-2×②=-2a+2bkJmol-1，答案為：-2a+2b；

結合表中信息，活性炭的出口硫小，溫度為常溫，操作壓力較小，且可再生，故最佳脫硫劑為活性炭，答案為：活性炭；

(3)該反應的正反應方向為氣體分子數增大，增大壓強平衡逆向移動，H2S的平衡轉化率減小，即壓強越大，H2S的平衡轉化率越小，則有p3>p2>p1；由圖可知升高溫度，H2S的平衡轉化率增大，說明升高溫度平衡正向移動，則正反應為吸熱反應；若要進一步提高H2S的平衡轉化率，除了改變溫度和壓強外，還可以通過減少生成物的濃度使平衡正向移動，即移出產物H2或S2；答案為：p3>p2>p1；吸熱；移出產物H2或S2；

(4)已知壓強為p、溫度為975℃時H2S的平衡轉化率為40%，且平衡常數K=0.04，設始濃度為xmol∕L，“三段式”表示為：，已知平衡常數K，則有，解得x=0.018；若向容器中再加入1molH2S氣體，相同溫度下再次達到平衡時，平衡常數不變，因為平衡常數只與溫度有關，溫度不變，所以平衡常數不變；答案為：0.018；=；

(5)間接電解法是通過FeCl3溶液吸收并氧化H2S氣體，FeCl3溶液被還原為FeCl2，反應后溶液通過電解再生即將FeCl2氧化為FeCl3，所以電解反應器總反應的離子方程式為2Fe3++2H+ 2Fe2++H2↑；答案為：2Fe3++2H+ 2Fe2++H2↑；

(6)結合反應原理和圖象分析，氣液比減小，通入H2S的總量減少，參加反應的H2S的量減少，吸收速率減小；吸收液的量增大，氣液接觸更充分，使硫化氫的吸收率增大。答案為：氣液比減小，通入H2S的總量減少，參加反應的H2S的量減少，吸收速率減小；吸收液的量增大，氣液接觸更充分，使硫化氫的吸收率增大。