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【题目】硫化氢俗称臭蛋气,是一种无色具有臭鸡蛋气味的剧毒气体,由含硫物质分解而来,属于常见的酸性有害气体中的一种。研究硫化氢的利用及污染的防治很有意义。

(1)已知下列反应的热化学方程式:

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

S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1

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

写出H2S分解为单质硫(S表示)H2的热化学方程式:___

(2)H2S在一定条件下发生如下形式的分解:2H2S(g)S2(g)+2H2(g),利用该反应可制备H2和硫磺。在2.0L的恒容密闭容器中充入0.1molH2S发生上述反应,不同温度下测得H2S的转化率与时间的关系如图所示。

①温度升高时,混合气体的平均摩尔质量减小的原因是___

P点时容器内气体压强与起始时气体压强之比为___

1050℃时,此反应的平衡常数___(填序号)

a.等于3.125×10-4 b.大于3.125×10-4

c.小于3.125×10-4 d.无法判断

(3)科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示:

①电极a上发生反应的电极反应式为___

②当有1molH+经质子膜进入正极区时,反应消耗H2S的体积为___L(标准状况下)

【答案】H2S(g)=S(s)+H2(g) ΔH=+20kJ·mol-1 该反应是吸热反应,温度升高时,平衡正向移动,气体的物质的量增加,混合气体的平均摩尔质量减小 1110 b 2H2S-4e-=S2+4H+ 11.2

【解析】

(2)据图可知温度升高H2S的转化率增大,说明升高温度平衡正向移动,该反应的正反应为吸热反应;

(3)据图可知该装置中H2S转化为S2发生氧化反应,O2转化为H2O发生还原反应,所以电极a为负极,电极b为正极。

(1)H2S分解为单质硫(S表示)H2的热化学方程式为H2S(g)= S(s)+H2(g)ΔH

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

S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1

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

根据盖斯定律(-×2-)可得ΔH=[-1123.6kJ·mol-1-2×(-296kJ·mol-1)-(-571.6kJ·mol-1)]= +20kJ·mol-1

(2)①该反应是吸热反应,温度升高时,平衡正向移动,气体的物质的量增加,但总质量不变,所以混合气体的平均摩尔质量减小;

P点时H2S的转化率为20%,起始投料为0.1molH2S,则列三段式有:

所以P点气体总物质的量为(0.08mol+0.01mol+0.02mol)=0.11mol,恒容容器中气体的压强之比等于物质的量之比,所以P点时容器内气体压强与起始时气体压强之比为0.11:0.1=11:10

③容器体积为2L,所以PH2SS2H2的浓度分别为0.04mol/L0.005mol/L0.01mol/L,则该点的浓度商为= 3.125×10-4,而此时反应还要正向移动,所以950℃时该反应的平衡常数大于3.125×10-4,而该反应为吸热反应,升高温度,平衡常数增大,所以1050℃时,此反应的平衡常数大于3.125×10-4,所以选b

(3)①电极a为负极,H2S被氧化生成S2同时产生氢离子,电极反应式为2H2S-4e-=S2+4H+

②根据电极反应式可知,当有1molH+经质子膜进入正极时,消耗0.5molH2S,标况下的体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L

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