题目内容
【题目】利用含H2S的废气可回收硫,既可以保护环境又可资源化利用。回答下列问题:
(1)将H2S直接分解回收硫的同时得到氡能源的技术具有发展远景。起始时在反应器中充入一定量的H2S,在一定条件下发生反应2H2S(g)2H2 (g)+S2(g),H2S热分解温度与平衡时气体组成如图所示:
①反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的△H=___________0(填“>”或“<”)
②图中A点H2S的分解率为___________(保留3位有效数字)
③若B点容器内气体总压为PPa,则此时反应的平衡常数Ka=___________Pa(Kp为以分压表示的平衡常数,列出含P的代数式)。
(2)Fe3+溶液脱除H2S的原理如图所示:
①吸收塔中发生反应的化学方程式为___________。
②电解槽中再生FeCl3的原理是(结合方程式说明)___________。
③电解槽中的“交换膜”为___________(填“阴离子”“阳离子”或“质子”)交换膜。
(3)H2S和空气按一定流速通入酸性FeCl3溶液,可实现空气脱硫得到单质硫。FeCl3溶液吸收H2S过程中,溶液中的n(Fe3+)、被吸收的n(H2S)随时间t的变化如图。
①t1以后,溶液中n(Fe3+)保持基本不变,原因是___________。
②t1以后的溶液中总反应方程式可以表示为___________。
【答案】> 66.7% P 2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl 阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2,Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+),使c(Fe3+)升高,使FeCl3再生 质子 t1以后溶液中同时发生两个反应,Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+,当两个反应速率相等时,溶液中n(Fe3+)保持基本不变 2H2S+ O22 S↓+2H2O
【解析】
(1)①升温平衡正向移动,则正反应为吸热反应,△H>0;
②图中A点n(H2S)=n(S2),列出三段式,找出平衡时H2S的转化量,根据分解率计算公式计算;
③图中A点n(H2S)=n(H2),列出三段式,找出平衡时各组分的分压,再根据Ka=计算;
(2)①由图可知,吸收塔中FeCl3和H2S反应生成FeCl2、S和HCl;
②通过电解将FeCl2转化为FeCl3,其原理是阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2,Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+),使c(Fe3+)升高,使FeCl3再生;
③电解时进入阳极室的H+要在阴极得电子,所以“交换膜”为质子交换膜。
(3) ①由图可知,t1前n(Fe3+)迅速减小、被吸收的n(H2S)显著增加,发生的反应为2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl;t1以后溶液中同时发生两个反应,Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+,当两个反应速率相等时,溶液中n(Fe3+)保持基本不变;
②t1以后Fe3+起催化作用,总反应方程式可以表示为2H2S+ O22 S↓+2H2O。
(1)①由图可知,随着温度升高,混合物中H2S的含量减少,H2和S2的含量增加,说明升温平衡正向移动,则正反应为吸热反应,△H>0,
②图中A点n(H2S)=n(S2),设起始时有1mol H2S,A点达到平衡时有2x mol H2S发生分解,则:
2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)
起始量 1 0 0
转化量 2x 2x x
平衡量 1-2x 2x x
1-2x=x,解得:x=,
H2S的分解率为×100%= 66.7%,
③图中A点n(H2S)=n(H2),设起始时有1mol H2S,A点达到平衡时有2y mol H2S发生分解,则:
2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)
起始量 1 0 0
转化量 2y 2y y
平衡量 1-2y 2y y
1-2y=2y,解得:y=,H2S、H2和S2的物质的量分数分别为:0.4、0.4和0.2,
平衡常数Ka===0.2Pa=P。
因此,本题正确答案是:> ;66.7%;P。
(2)①由图可知,吸收塔中FeCl3和H2S反应生成FeCl2、S和HCl,化学方程式为2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl;
②通过电解将FeCl2转化为FeCl3,其原理是阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2,Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+),使c(Fe3+)升高,使FeCl3再生;
③电解时进入阳极室的H+要在阴极得电子,所以“交换膜”为质子交换膜;
因此,本题正确答案是:2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl;阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2,Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+),使c(Fe3+)升高,使FeCl3再生;质子。
(3) ①由图可知,t1前n(Fe3+)迅速减小、被吸收的n(H2S)显著增加,发生的反应为2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl;t1以后溶液中同时发生两个反应,Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+,当两个反应速率相等时,溶液中n(Fe3+)保持基本不变;
②t1以后Fe3+起催化作用,总反应方程式可以表示为2H2S+ O22 S↓+2H2O,
因此,本题正确答案是:t1以后溶液中同时发生两个反应,Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+,当两个反应速率相等时,溶液中n(Fe3+)保持基本不变;2H2S+ O22 S↓+2H2O。
【题目】向容积为2 L的密闭容器中加入足量活性炭和NO,发生反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),△H<0,NO和N2的物质的量变化如下表所示。
物质的量/mol | T1/℃ | T2/℃ | |||||
0 | 5 min | 10 min | 15 min | 20 min | 25 min | 30 min | |
NO | 2.0 | 1.16 | 0.80 | 0.80 | 0.50 | 0.40 | 0.40 |
N2 | 0 | 0.42 | 0.60 | 0.60 | 0.75 | 0.80 | 0.80 |
请回答下列问题:
(1) 0—5 min内,以CO2表示的该反应速率v(CO2)=____,该条件下的平衡常数K=____。
(2) 第15 min后,温度调整到T2,数据变化如上表所示,则T1___T2(填“>”、“<”或“=” )。
(3)若30 min时,保持T2不变,向该容器中再加入该四种反应混合物各2 mol,则该可逆反应最终达平衡时NO的转化率α=_______。