Question

19．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．
（1）工业上可用组成为K₂O•M₂O₃•2RO₂•nH₂O的无机材料纯化制取的氢气．
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）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．图1中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．据图计算985℃时H₂S按上述反应分解的平衡常数K=$\frac{2}{3}\sqrt{0.2c}$．

②电化学法
该法制氢过程的示意图如图2．反应池中发生反应的化学方程式为2FeCl₃+H₂S═2FeCl₂+S+2HCl．反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+2Fe³⁺．

Answer 1

分析 （1）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，结合K₂O•M₂O₃•2RO₂•nH₂O可知，M的最外层电子数为3，R的最外层电子数为4，则M为Al，R为Si；
（2）985℃时H₂S达到平衡时转化率为40%，则
       H₂S（g）═H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）
开始  c               0             0
转化 0.4c          0.4c         0.2c
平衡  0.6c          0.4c        0.2c
结合平衡浓度计算K；
（3）反应池中氯化铁与硫化氢反应生成氯化亚铁、S和HCl；电解池中亚铁离子与氢离子反应生成氢气和铁离子，以此来解答．

解答 解：（1）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，结合K₂O•M₂O₃•2RO₂•nH₂O可知，M的最外层电子数为3，R的最外层电子数为4，则M为Al，R为Si，Si的原子结构示意图为，故答案为：；
（2）985℃时H₂S达到平衡时转化率为40%，则
       H₂S（g）═H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）
开始  c               0             0
转化 0.4c          0.4c         0.2c
平衡  0.6c          0.4c        0.2c
K=$\frac{0.4c×\sqrt{0.2c}}{0.6c}$=$\frac{2}{3}\sqrt{0.2c}$，
故答案为：$\frac{2}{3}\sqrt{0.2c}$；
（3）反应池中氯化铁与硫化氢反应生成氯化亚铁、S和HCl，反应为2FeCl₃+H₂S═2FeCl₂+S+2HCl；电解池中亚铁离子与氢离子反应生成氢气和铁离子，电解离子反应为 2Fe²⁺+2H⁺$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+2Fe³⁺，
故答案为：2FeCl₃+H₂S═2FeCl₂+S+2HCl；2Fe²⁺+2H⁺$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+2Fe³⁺．

点评 本题考查化学平衡计算及电解，为高频考点，把握化学平衡三段法、K的计算、电解反应为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意利用平衡浓度计算K，题目难度中等．