Question

3．废气中的H₂S通过高温热分解可制取氢气：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）．在3L密闭容器中，控制不同温度进行H₂S分解实验．
（1）某温度时，测得反应体系中有气体1.3lmol，反应1min后，测得气体为l.37mol，则1min 内H₂的生成速率为0.04mol/（L•min）．
（2）某温度时，H₂S的转化率达到最大值的依据是a、c（选填编号）．
a．气体的压强不发生变化         b．气体的密度不发生变化
c．$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}S）}$不发生变化     d．单位时间里分解的H₂S和生成的H₂一样多
（3）实验结果如图．图中曲线a表示H₂S的平衡转化率与温度关系，曲线b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．该反应为吸热反应（填“放热”或“吸热”）．曲线b随温度的升高，向曲线a接近的原因是随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短．在容器体积不变的情况下，如果要提高H₂的体积分数，可采取的一种措施是升高反应温度（或及时分离S₂气体）．
（4）使1LH₂S与20L空气（空气中O₂体积分数为0.2）完全反应后恢复到室温，混合气体的体积是19.5L．若2gH₂S完全燃烧后生成二氧化硫和水蒸气，同时放出29.4KJ的热量，该反应的热化学方程式是H₂S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→SO₂（g）+H₂O（g）△H=-499.8kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据方程式知，反应前后气体增加的物质的量相当于n（S₂），则反应前后生成的n（S₂）=（1.37-1.31）mol=0.06mol，则v（S₂）=$\frac{\frac{0.06mol}{3L}}{1min}$=0.02mol/（L．min），v（H₂）=2v（S₂）；
（2）某温度时，H₂S的转化率达到最大值时说明该反应达到平衡状态，当反应前后改变的物理量不变时，该反应就达到平衡状态；
（3）升高温度平衡向吸热方向移动；温度越高化学反应速率越快；在容器体积不变的情况下，如果要提高H₂的体积分数，应该使平衡正向移动但不能减少氢气的量；
（4）H₂S与空气中的O₂高温时发生后恢复室温，反应的方程式为：2H₂S（g）+O₂（g）═2H₂O（l）+S₂（g），根据反应方程式计算混合气体的体积，2gH₂S完全燃烧后生成二氧化硫和水蒸气，反应方程式为：H₂S+$\frac{3}{2}$O₂（g）$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂（g）+H₂O（g），根据热量关系计算反应的焓变，写出热化学方程式．

解答 解：（1）根据方程式知，反应前后气体增加的物质的量相当于n（S₂），则反应前后生成的n（S₂）=（1.37-1.31）mol=0.06mol，则v（S₂）=$\frac{\frac{0.06mol}{3L}}{1min}$=0.02mol/（L．min），v（H₂）=2v（S₂）=2×0.02mol/（L•min），
故答案为：0.04mol/（L•min）；
（2）某温度时，H₂S的转化率达到最大值时说明该反应达到平衡状态，当反应前后改变的物理量不变时，该反应就达到平衡状态，
a．该反应前后气体物质的量之和改变，说明反应前后混合气体压强改变，当气体的压强不发生变化时，该反应达到平衡状态，故a正确；         
b．反应前后混合气体总质量不变、容器体积不变，所以无论反应是否达到平衡状态，气体的密度始终不变，所以不能据此判断平衡状态，故b错误；
c．$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}S）}$=K，K只有温度有关，根据图知，反应中温度是不断变化的，则K不断变化，当K不变时该反应达到平衡状态，故c正确；
 d．无论反应是否达到平衡状态，都存在单位时间里分解的H₂S和生成的H₂一样多，所以不能据此判断平衡状态，故d错误；
故选ac；
（3）升高温度平衡向吸热方向移动，根据图象，随着温度升高，H₂S的平衡转化率升高，则正反应是吸热反应，
线b随温度的升高，向曲线a接近，从化学反应速率角度考虑，温度越高化学反应速率越快，则原因是：随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短，从而转化率与a逼近，
在容器体积不变的情况下，如果要提高H₂的体积分数，应该使平衡正向移动但不能减少氢气的量，则可以考虑采取的措施有：升高反应温度（或及时分离S₂气体），
故答案为：吸热；随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短；升高反应温度（或及时分离S₂气体）；
（4）H₂S与空气中的O₂高温时发生后恢复室温，反应的方程式为：2H₂S（g）+O₂（g）═2H₂O（l）+S₂（g），使1LH₂S与20L空气（空气中O₂体积分数为0.2）完全反应后恢复到室温，反应物为1LH₂S（g）和4LO₂，反应O₂过量，消耗O₂0.5L，产生1LS₂（g），因此混合气体的体积为V=20L+1L-1L-0.5L=19.5L，
2gH₂S完全燃烧后生成二氧化硫和水蒸气，反应方程式为：H₂S+$\frac{3}{2}$O₂（g）$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂（g）+H₂O（g），2gH₂S的物质的量为$\frac{2g}{34g/mol}$=$\frac{1}{17}mol$，放出29.4KJ的热量，则1molH₂S反应放出热量为29.4kJ×17=499.8kJ，则反应的焓变为△H=-499.8kJ/mol，热化学方程式为：H₂S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→SO₂（g）+H₂O（g）△H=-499.8kJ/mol，
故答案为：19.5；H₂S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）→SO₂（g）+H₂O（g）△H=-499.8kJ/mol．

点评 本题主要考查化学原理部分知识，包含化学反应速率的计算，化学平衡的判断和化学平衡的移动，热化学方程式的书写和计算，根据化学方程式的计算，是综合性试题，涉及的知识点较多，题目难度中等，均为高频考点．