Question

15．“关爱生命，注意安全”．惨痛的天津爆炸触目惊心，火灾之后依然火势绵延不绝的原因之一是易燃物中含有电石．工业上常用电石（主要成分为CaC₂，杂质为CaS等）与水反应生产乙炔气．
（1）工业上合成CaC₂主要采用氧热法．
已知：CaO（s）+3C（s）═CaC₂（s）+CO（g）△H=+464.1kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO，为维持热平衡，每生产l molCaC₂，转移电子的物质的量为10.4．
（2）已知2000℃时，合成碳化钙的过程中还可能涉及到如下反应
CaO（s）+C（s）═Ca（g）+CO（g）   K₁△H₁=a KJ•mol^-1
Ca（g）+2C（s）═CaC₂（s）   K₂△H₂=b KJ•mol^-1
2CaO（s）+CaC₂（s）═3Ca（g）+2CO（g）  K₃△H₃=c KJ•mol^-1
则K₁=$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$ （用含K₂、K₃的代数式表示）；c=（2a-b）（用含a、b的代数式表示）．
（3）利用电石产生乙炔气的过程中产生的H₂S气体制取H₂，既廉价又环保．

①利用硫化氢的热不稳定性制取氢气[2H₂S（g）?S₂（g）+2H₂（g）]．在体积为2L的恒容密闭容器中，H₂S起始物质的量为2mol，达到平衡后H₂S的转化率α随温度和压强变化如图l所示．据图计算T₁℃、P₁时平衡体系中H₂的体积分数33.3%．由图知压强P₁小于P₂（填“大于”“小于”或“等于”），理由是相同温度下，压强增大，H₂S分解反应逆向进行，所以P₁小于P₂．
②电化学法制取氢气的原理如图2，请写出反应池中发生反应的离子方程式H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺，惰性电极a上发生的电极反应式为2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

Answer 1

分析 （1）若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO．则为了维持热平衡，所以每生产1molCaC₂，则投料的量为：1molCaO、而投入碳的量为：3mol+$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$=7.2mol，氧气的物质的量为$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$×$\frac{1}{2}$=2.1mol，2.1mol氧气化合价降低8.4，1molCaC₂化合物价降低2.0，共降低价数为10.4mol；
（2）由反应，①CaO（s）+C（s）?Ca（g）+CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1；②Ca（g）+2C（s）?CaC₂（s）△H₂=b kJ•mol^-1；根据盖斯定律，目标反应的反应热为：①×2-②得△H₃=（2a-b）kJ•mol^-1，K₁=$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$；
（3）①根据三步法列出起始、变化和平衡时的物质的量，再根据气体的体积分数等于气体的物质的量分数计算；相同温度下，压强增大，H₂S分解反应逆向进行，所以P₁小于P₂；
②反应池中H₂S与S₂O₈^2-发生氧化还原反应；电解池中硫酸根离子失去电子，氢离子得到电子，以此来解答．

解答 解：（1）若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO．则为了维持热平衡，所以每生产1molCaC₂，则投料的量为：1molCaO、而投入碳的量为：3mol+$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$=7.2mol，氧气的物质的量为$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$×$\frac{1}{2}$=2.1mol，2.1mol氧气化合价降低8.4，1molCaC₂化合物价降低2.0，共降低价数为10.4mol，故答案为：10.4；
（2）由反应，①CaO（s）+C（s）?Ca（g）+CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1；②Ca（g）+2C（s）?CaC₂（s）△H₂=b kJ•mol^-1；根据盖斯定律，目标反应=①×2-②，K1=$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$；反应热c=（2a-b）kJ•mol^-1，
故答案为：$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$；（2a-b）；
（3）①H₂S起始浓物质的量为2mol，测定H₂S的转化率，T1时H₂S的转化率为40%，则
   H₂S（g）?H₂（g）+1/2S₂（g）
开始 2      0         0
转化0.8     0.8      0.4
平衡1.2     0.8      0.4
根据气体的体积分数等于气体的物质的量分数，P₁时平衡体系中H₂的体积分数=$\frac{0.8}{1.2+0.8+0.4}$=33.3%；
相同温度下，压强增大，H₂S分解反应逆向进行，所以P₁小于P₂；
故答案为：33.3%；小于；相同温度下，压强增大，H₂S分解反应逆向进行，所以P₁小于P₂；
②反应池中H₂S与S₂O₈^2-发生氧化还原反应，离子方程式为H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺；电解池中硫酸根离子失去电子生成S₂O₈^2-，2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，
故答案为：H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺；2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

点评 本题考查学生化学平衡常数、盖斯定律、化学平衡移动的影响和化学方程式的书写及计算方面的知识，综合性强，难度较大．