Question

【題目】硫化氫俗稱“臭蛋氣”，是一種無(wú)色具有臭雞蛋氣味的劇毒氣體，由含硫物質(zhì)分解而來(lái)，屬于常見(jiàn)的酸性有害氣體中的一種。研究硫化氫的利用及污染的防治很有意義。

(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-1123.6kJ·mol-1

②S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ·mol-1

寫(xiě)出H2S分解為單質(zhì)硫(用S表示)和H2的熱化學(xué)方程式：___。

(2)H2S在一定條件下發(fā)生如下形式的分解：2H2S(g)S2(g)+2H2(g)，利用該反應(yīng)可制備H2和硫磺。在2.0L的恒容密閉容器中充入0.1molH2S發(fā)生上述反應(yīng)，不同溫度下測(cè)得H2S的轉(zhuǎn)化率與時(shí)間的關(guān)系如圖所示。

①溫度升高時(shí)，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量減小的原因是___。

②P點(diǎn)時(shí)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)與起始時(shí)氣體壓強(qiáng)之比為___。

③1050℃時(shí)，此反應(yīng)的平衡常數(shù)___(填序號(hào))。

a.等于3.125×10-4 b.大于3.125×10-4

c.小于3.125×10-4 d.無(wú)法判斷

(3)科學(xué)家設(shè)計(jì)出質(zhì)子膜H2S燃料電池，實(shí)現(xiàn)了利用H2S廢氣資源回收能量并得到單質(zhì)硫。質(zhì)子膜H2S燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示：

①電極a上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為___。

②當(dāng)有1molH+經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)時(shí)，反應(yīng)消耗H2S的體積為___L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。

Answer 1

【答案】H2S(g)=S(s)+H2(g) ΔH=+20kJ·mol-1 該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增加，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量減小 11∶10 b 2H2S-4e-=S2+4H+ 11.2

【解析】

(2)據(jù)圖可知溫度升高H2S的轉(zhuǎn)化率增大，說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；

(3)據(jù)圖可知該裝置中H2S轉(zhuǎn)化為S2發(fā)生氧化反應(yīng)，O2轉(zhuǎn)化為H2O發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極a為負(fù)極，電極b為正極。

(1)H2S分解為單質(zhì)硫(用S表示)和H2的熱化學(xué)方程式為H2S(g)= S(s)+H2(g)ΔH；

已知①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-1123.6kJ·mol-1

②S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律(①-②×2-③)可得ΔH=[-1123.6kJ·mol-1-2×(-296kJ·mol-1)-(-571.6kJ·mol-1)]= +20kJ·mol-1；

(2)①該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增加，但總質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量減小；

②P點(diǎn)時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率為20%，起始投料為0.1molH2S，則列三段式有：

；

所以P點(diǎn)氣體總物質(zhì)的量為(0.08mol+0.01mol+0.02mol)=0.11mol，恒容容器中氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，所以P點(diǎn)時(shí)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)與起始時(shí)氣體壓強(qiáng)之比為0.11:0.1=11:10；

③容器體積為2L，所以P點(diǎn)H2S、S2、H2的濃度分別為0.04mol/L、0.005mol/L、0.01mol/L，則該點(diǎn)的濃度商為= 3.125×10-4，而此時(shí)反應(yīng)還要正向移動(dòng)，所以950℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)大于3.125×10-4，而該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大，所以1050℃時(shí)，此反應(yīng)的平衡常數(shù)大于3.125×10-4，所以選b；

(3)①電極a為負(fù)極，H2S被氧化生成S2同時(shí)產(chǎn)生氫離子，電極反應(yīng)式為2H2S-4e-=S2+4H+；

②根據(jù)電極反應(yīng)式可知，當(dāng)有1molH+經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極時(shí)，消耗0.5molH2S，標(biāo)況下的體積為0.5mol×22.4L/mol=11.2L。