Question

【题目】合理处理燃气中的H2S,不仅可资源化利用H2S,还可减少对大气的污染。回答下列问题:

(1)反应2H2S(g)=2H2(g)+S2(g)　ΔH=+171.59 kJ·mol-1,该反应可在____(填“低温”“高温”或“任何温度”)下自发进行。

(2)利用H2S代替H2O通过热化学循环可高效制取H2,原理如图a所示:

①“Bunsen反应”的离子方程式为________。

②已知键能E(I—I)=152.7 kJ·mol-1,E(H—H)=436.0 kJ·mol-1,E(H—I)=298.7 kJ·mol-1,HI气体分解为碘蒸气和氢气的热化学方程式为________。

③上述循环过程总反应方程式为________。

(3)Ahmed Daham Wiheeb等介绍的一种燃料电池的装置如图b所示:

通入O2的电极为________(填“正极”或“负极”),每消耗3.36 L(标准状况下)O2,理论上消耗H2S的质量为____。

(4)为探究H2S直接热解[H2S(g) H2(g)+S2(g)],在一密闭容器中充入1 mol H2S与4 mol N2(N2不参与反应),维持总压在101 kPa下进行实验,图c是不同温度下反应时间与H2S的转化率的关系,图d是平衡时气体组成与温度的关系。

①图c中温度由高到低的顺序是________。

②图d中A点H2S的平衡转化率为______,B点时反应的平衡常数Kp=____(已知≈10)。

Answer 1

【答案】高温 SO2+I2+2H2O=4H++2I-+SO42- 2HI(g) H2(g)+I2(g)　ΔH=+8.7 kJ·mol-1 8H2S8H2+S8 正极 10.2 g T1>T2>T3 50% 5

【解析】

判断反应能否自发进行，根据自由能判据△G=△H-T△S，△G＜0才能自发进行；而在分析循环反应的流程图时，要看箭头方向和进来、出去的物质，找出循环的物质，分析总反应，上述流程图中，进入的是H2S和CO2，出来的是H2和S8以及CO2，可分析出是H2S分解成了H2和S8。

（1）反应的焓变△H＞0，△S＞0，要使得△H-T△S＜0，则需要在高温下进行反应，故答案为：高温；

（2）①“Bunsen反应”是SO2、I2、H2O反应生成H2SO4和 HI，故离子方程式为SO2+I2+2H2O=4H++2I-+SO42-，故答案为：SO2+I2+2H2O=4H++2I-+SO42-；

②反应热ΔH =反应物键能总和-生成物键能总和，故2HI（g）H2（g）+I2（g）的反应热为：298.7×2-436.0-152.7=8.7kJmol-1，故答案为：2HI(g) H2(g)+I2(g)　ΔH=+8.7 kJ·mol-1；

③上述流程图中，进入的是H2S和CO2，出来的是H2和S8以及CO2，可分析出是H2S分解成了H2和S8，故总反应方程式为8H2S8H2+S8，故答案为：8H2S8H2+S8；

（3）该燃料电池是硫化氢失去电子，氧气得到电子，故通入O2的电极为正极，根据电子守恒，得出关系式：2H2S～O2，当氧气的物质的量为0.15 mol时，H2S为0.3mol，质量为0.3×34g=10.2g，故答案为：正极，10.2 g；

（4）①分解反应为吸热反应，温度越高，H2S的转化率越大，故答案为：T1>T2>T3：

②图d中A点表示H2S和H2的物质的量相等，根据方程式H2S(g) H2(g)+S2(g)可知H2S反应了一半，转化率为50%；B点时：

H2S(g) H2(g)+S2(g)

起始物质的量 1 0 0

改变的物质的量 2x 2x x

B点物质的量 1-2x 2x x

由图可知H2S的物质的量等于S2的物质的量，由等式1-2x= x，得x=，则B点气体总物质的量为（+4）mol，B点H2S的物质的量为mol，H2的物质的量为mol，S2的物质的量mol， H2S的体积分数为=，H2的体积分数为， S2的体积分数为，则平衡常数Kp===5；故答案为：5。