Question

【题目】利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S 废气制取氢气，既价廉又环保。

⑴工业上可用组成为K2O·M2O3·2RO2·nH2O的无机材料纯化制取的氢气。

①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期，两种元素原子的质子数之和为27，则R的原子结构示意图为____________；

②常温下，不能与M单质发生反应的是____________(填序号)；

a．CuSO4溶液　 b．Fe2O3 　 c．浓硫酸 d．NaOH溶液　 e．Na2CO3固体

(2)利用H2S废气制取氢气的方法有多种。

①高温热分解法 已知：H2S(g) H2(g)＋1/2S2(g)

在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为c mol·L－1测定H2S的转化率，结果见图1。曲线a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。根据图像回答下列问题：

i S2的结构式为______，该反应的△H_____0（填“＞”、“＜”或“＝”）；

ii 计算 985 ℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K＝________；

iii 比较H2S的速率大小：v(a-逆)______v(b-正) ，v(b-逆)______v(c-正) （填“＞”、“＜”或“＝”）；

iiii 说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：___________；

②电化学法

i该法制氢过程如图2。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是____________；

ii反应池中发生反应的化学方程式为___________；

iii反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为__________________________。

Answer 1

【答案】 b、eS=S＞＜＜温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短(或其他合理答案)增大反应物接触面积，使反应更充分H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑

【解析】

（1）①M为+3价，R为+4价，均为第三周期元素，则M为Al，R为Si，Si的质子数为14，其原子结构示意图为，故答案为：；②M为Al具有还原性，能与具有氧化性的物质发生反应，如a、c，还能与d中NaOH溶液反应生成氢气，而高温下与氧化铁反应，与碳酸钠不反应，故答案为：b、e；
（2）i.S2的结构式为S=S，由a曲线的变化趋势可得随温度的升高，H2S的平衡转化率增大，说明升温，平衡正向移动，正反应为吸热反应，该反应的△H>0；

ii.以H2S起始浓度均为cmol·L-1测定H2S的转化率，985℃时H2S的转化率为40%，则

K== ，故答案为：；

iii.曲线a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率，由平衡状态的建立过程可知v(b-正)逐渐减小，达平衡后与v(a-逆)相等，v(b-逆)逐渐增大，最终与v(c-正)相等，故答案为：＜、＜；

iiii. 温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短，曲线b向曲线a逼近，故答案为：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短；

②i.反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，可增大反应物接触面积；ii. 反应池中发生氧化还原反应为H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl；iii.电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子，电解总反应的离子方程式为2Fe2++2H+2Fe3++H2↑；故答案为：增大反应物接触面积，使反应更充分；H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl；2Fe2++2H+2Fe3++H2↑。