Question

【題目】石油加氫精制和天然氣凈化等過程產生有毒的H2S，直接排放會污染空氣。

(1)工業上用克勞斯工藝處理含H2S的尾氣獲得硫黃，流程如下：

①反應爐中的反應：2H2S(g)+3O2(g) =2SO2(g)+2H2O(g) H＝-1035.6 kJ·mol1

催化轉化器中的反應：2H2S(g)+SO2(g) = 3S(g)+2H2O(g) H＝-92.8 kJ·mol1

克勞斯工藝中獲得氣態硫黃的總反應的熱化學方程式：______。

②為了提高H2S轉化為S的比例，理論上應控制反應爐中H2S的轉化率為______。

(2)科研工作者利用微波法處理尾氣中的H2S并回收H2和S，反應為：H2S H2+S，一定條件下，H2S的轉化率隨溫度變化的曲線如圖。

①H2S分解生成H2和S的反應為______反應(填“吸熱”或“放熱”)。

②微波的作用是______。

(3)某科研小組將微電池技術用于去除天然氣中的H2S，裝置示意圖如下，主要反應：2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O(FeS難溶于水)，室溫時，pH=7的條件下，研究反應時間對H2S的去除率的影響。

①裝置中微電池負極的電極反應式：______。

②一段時間后，單位時間內H2S的去除率降低，可能的原因是______。

Answer 1

【答案】2H2S(g)+O2(g) = 2S(g)+2H2O(g) H＝-407.1 kJ·mol1 或33.3% 吸熱 微波使H2SH2+S的化學平衡向正反應方向移動，提高平衡轉化率 Fe-2e－+H2S= FeS+2H+ 生成的FeS附著在鐵碳填料的表面，原電池負極的表面積減小，化學反應速率減慢；鐵的量因消耗而減少，形成微電池的數量減少，化學反應速率減慢

【解析】

(1) ①根據蓋斯定律書寫總反應的熱化學方程式；

②為了提高H2S轉化為S的比例，催化轉化器中H2S(g)、SO2(g)應恰好完全反應；

(2)根據圖示，隨溫度升高，H2S的平衡轉化率增大；相同溫度下，利用微波法處理尾氣H2S的平衡轉化率大。

(3)根據總反應2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O，Fe失電子發生氧化反應，所以Fe是負極；從影響反應速率的角度分析單位時間內H2S的去除率降低的原因。

(1) ① 反應Ⅰ：2H2S(g)+3O2(g) =2SO2(g)+2H2O(g) H＝-1035.6 kJ·mol1

反應Ⅱ：2H2S(g)+SO2(g) = 3S(g)+2H2O(g) H＝-92.8 kJ·mol1

根據蓋斯定律Ⅰ×＋Ⅱ×得 2H2S(g)+O2(g) = 2S(g)+2H2O(g) H＝-407.1 kJ·mol1；

②為了提高H2S轉化為S的比例，催化轉化器中H2S(g)、SO2(g)應恰好完全反應，假設催化轉化器中參加反應的H2S(g)的物質的量為2mol，SO2的物質的量是1mol，即反應爐中需要生成1molSO2，反應爐中參加反應的H2S的物質的量為1mol，所以理論上應控制反應爐中H2S的轉化率為；

(2) ①根據圖示，隨溫度升高，H2S的平衡轉化率增大，說明升高溫度，平衡正向移動，正反應為吸熱反應；

②根據圖示，相同溫度下，利用微波法處理尾氣H2S的平衡轉化率大，所以微波的作用是使H2SH2+S的化學平衡向正反應方向移動，提高平衡轉化率；

(3) ①根據總反應2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O，Fe發生氧化反應， Fe是原電池負極，負極反應式是Fe-2e－+H2S= FeS+2H+；

②負極生成的FeS附著在鐵碳填料的表面，原電池負極的表面積減小，化學反應速率減慢；鐵的量因消耗而減少，形成微電池的數量減少，化學反應速率減慢，所以一段時間后，單位時間內H2S的去除率降低。