Question

【題目】H2S是一種劇毒氣體，工業生產中可以通過多種手段對其進行回收或再利用。

Ⅰ.900℃時可以用克勞斯法回收H2S氣體，該過程中涉及的部分反應如下：

①2H2S(g)+O2(g)S2(g)+2H2O(g) △H=-316.8kJmol-1

②2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) △H=-1040.2kJmol-1

(1)4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g)的△H=___

(2)若在900℃以上絕熱、恒容的密閉容器中，投入一定量的H2S、O2發生反應①，下列說法能說明反應達到平衡狀態的是___

a.混合氣體密度不隨時間變化而變化

b.v正(O2)=2v逆(H2O)

c.體系壓強不隨時間變化而變化

d.反應體系溫度不變

e.混合氣體平均相對分子質量不變

f.單位時間內生成nmolS2，同時生成2nmolH2S

Ⅱ.工業上還可以通過硫化氫分解對其進行處理、利用：2H2S(g)S2(g)+2H2(g)，在2.0L恒容密閉容器中充入0.1molH2S，不同溫度下測得H2S的轉化率與時間的關系如圖1所示：

(3)950℃時，0～1.25s生成S2(g)的平均反應速率為___

(4)該反應的△H___0(填“＞”“＜”或“=”)，1050℃達到平衡時H2S的轉化率為35%，則該溫度下，平衡常數K=___(保留一位有效數字)，該溫度下Q點時反應___(填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”)

Ⅲ.對H2S廢氣進行利用的另一種途徑是將其設計成質子膜—H2S燃料電池，反應原理為2H2S(g)+O2(g)═S2(s)+2H2O(l)。電池結構示意圖如圖2：

(5)電極a上發生的電極反應式為___。

(6)設NA為阿伏伽德羅常數的值，當電路中通過3mol電子時，通過質子膜進入___(填“正極區”或“負極區”)的H+數目為___。

Answer 1

【答案】+89.8kJmol-1 cdf 0.004molL-1s-1 ＞ 0.003 逆向移動 2H2S-4e-=S2+4H+ 正極區 3NA

【解析】

根據蓋斯定律進行ΔH的計算，分析條件是否為“變量”判斷能否作為達到平衡的標志，根據公式計算化學反應速率，結合三段式計算平衡常數，根據原電池原理書寫電極反應方程式并進行相關計算。

Ⅰ.(1)已知①2H2S(g)+O2(g)S2(g)+2H2O(g)△H=-316.8kJmol-1

②2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)△H=-1040.2kJmol-1

根據蓋斯定律，反應①×3-②可得反應4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g)，則△H=(-316.8kJmol-1)×3-(-1040.2kJmol-1)=+89.8 kJmol-1；

(2)絕熱、恒容的密閉容器中，對于反應2H2S(g)+O2(g)S2(g)+2H2O(g)：

a．由質量守恒可知反應前后氣體總質量不變，又恒容密閉容器，則無論反應是否達到平衡，混合氣體的密度始終不變，a不符合題意；

b．根據化學反應速率與化學計量數成正比分析可知，2v正(O2)=v逆(H2O)時，反應正逆反應速率相等，而v正(O2)=0.5v正(H2O)<2v逆(H2O)，反應逆向進行，b不符合題意；

c．反應①為放熱反應，絕熱密閉容器中，隨著反應的進行，溫度上高，壓強增大，則反應體系壓強不隨時間變化而變化時，說明反應達到平衡，c符合題意；

d．反應①為放熱反應，絕熱密閉容器中，隨著反應的進行，溫度上高，當反應體系溫度不變時，說明反應達到平衡，d符合題意；

e．反應前后氣體的物質的量不變，總質量不變，則混合氣體平均相對分子質量始終不變，不能說明反應達到平衡，e不符合題意；

f．單位時間內生成nmolS2，同時生成2nmolH2S，則正逆反應速率相等，說明反應達到平衡，f符合題意；

故答案為：cdf；

Ⅱ.(3)根據圖1數據可知，950℃時，0～1.25s內H2S的轉化率為20%，則反應了0.1×20%=0.02molH2S，根據方程式可知生成了0.01molS2，則生成S2的平均反應速率；

(4)由圖可知，升高溫度，H2S的轉化率增大，即反應正向進行，則正反應為吸熱反應，ΔH>0，1050℃達到平衡時H2S的轉化率為35%，則可列平衡三段式為：

平衡常數，該溫度下，Q點時，轉化率增大，所以Qc>K，平衡逆向移動；

Ⅲ.(5)根據電池工作原理圖分析可知，H2S在電極a失去電子發生氧化反應生成S2，則電極a為原電池負極，電極反應為2H2S-4e-=S2+4H+；

(6)原電池中陽離子向正極移動，根據電極a的電極反應2H2S-4e-=S2+4H+可知，當電路中通過3mol電子時，3molH+通過質子膜進入正極區，數目為3NA。