Question

4．硫化氢是天然气及石油中的含硫杂质，近年来发现H₂S可用于高效制取氢气．
回答下列问题：
（1）H₂S可用FeCl₃溶液、NaClO溶液及氨水等吸收．
①FeCl₃溶液吸收H₂S气体，该反应的还原产物为Fe²⁺．
②NaClO溶液吸收H₂S，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1，则该反应的离子方程式为4ClO^-+H₂S═4Cl^-+2H⁺+SO₄^2-
（2）Linkkous等学者通过多硫化物作循环液，设计出如下四步反应：
（Ⅰ）H₂S+OH^-═HS^-+H₂O
（Ⅱ）2HS^-$→_{光催化剂}^{光}$H₂↑+S₂^2-
（Ⅲ）H₂S+S₂^2-═2HS^-+S↓
（Ⅳ）HS^-+H₂O═H₂S+OH^-
四步反应的总反应的化学方程式为H₂S$\frac{\underline{\;\;\;\;\;\;\;光\;\;\;\;\;\;\;}}{光催化剂}$H₂↑+S↓；能量转化方式为光能转化为化学能．
（3）克劳斯法脱硫包含的反应为：
2H₂S（g）+3O₂（g）═2SO₂（g）+2H₂O（1）△H₁
2H₂S（g）+SO₂（g）═3S（s）+2H₂O（1）△H₂
H₂S（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₂（s）+H₂O（1）△H₃
①△H₃=$\frac{△{H}_{1}+2△{H}_{2}}{6}$（用△H₁、△H₂表示）．
②为了达到较好的脱硫率，除采用多级脱硫外，还可采取的措施是
（4）硫化氢裂解制氢气的反应为2H₂S（g）═S₂ （g）+2H₂（g），设起始时容器中只有H_2S，平衡时三种物质的组成与裂解温度关系如图所示．
①A点时，H₂S的转化率为50%．
②B点时，设容器的总压为p Pa，则平衡常数K_p为$\frac{5}{3}$pPa （用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．

Answer 1

分析 （1）①在氧化还原反应中，化合价降低的元素在反应中被还原，发生还原反应，其产物为还原产物，氯化铁具有氧化性氧化硫化氢为硫单质，自身还原为亚铁离子；
②NaClO溶液吸收H₂S，氧化剂为NaClO，还原剂为H₂S，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1，根据得失电子守恒计算；
（2）将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四反应相加得到总反应；能量转化方式为光能转化为化学能；
（3）①根据已知方程式构建目标方程式，根据盖斯定律进行计算；
②控制反应物的物质的量之比等于反应方程式中化学计量数之比；
（4）①A点H₂S的物质的量为10mol，氢气为10mol，根据反应方程式计算H₂S的转化率；
②B点H₂S与S₂ 物质的量相等，分压=总压×物质的量分数，据此计算．

解答 解：（1）①氯化铁具有氧化性氧化硫化氢为硫单质，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+H₂S═2Fe²⁺+2H⁺+S↓，铁元素的化合价降低，发生还原反应，其产物Fe²⁺为还原产物，
故答案为：Fe²⁺；
②NaClO溶液吸收H₂S，以NaClO氧化H₂S，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4：1，反应为4NaClO+H₂S═4NaCl+H₂SO₄，离子方程式为：4ClO^-+H₂S═4Cl^-+2H⁺+SO₄^2-，
故答案为：4ClO^-+H₂S═4Cl^-+2H⁺+SO₄^2-；
（2）（Ⅰ）H₂S+OH^-═HS^-+H₂O
（Ⅱ）2HS^-$→_{光催化剂}^{光}$H₂↑+S₂^2-
（Ⅲ）H₂S+S₂^2-═2HS^-+S↓
（Ⅳ）HS^-+H₂O═H₂S+OH^-
将Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ得到H₂S$\frac{\underline{\;\;\;\;\;\;\;光\;\;\;\;\;\;\;}}{光催化剂}$H₂↑+S↓，四步反应中光能提供能量，转化为化学能，
故答案为：H₂S$\frac{\underline{\;\;\;\;\;\;\;光\;\;\;\;\;\;\;}}{光催化剂}$H₂↑+S↓；光能转化为化学能；
（3）①Ⅰ2H₂S（g）+3O₂（g）═2SO₂（g）+2H₂O（1）△H₁
Ⅱ2H₂S（g）+SO₂（g）═3S（s）+2H₂O（1）△H₂
将（Ⅰ+Ⅱ×2）×$\frac{1}{6}$得H₂S（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₂（s）+H₂O（1），则根据盖斯定律可得：△H₃=$\frac{△{H}_{1}+2△{H}_{2}}{6}$，
故答案为：$\frac{△{H}_{1}+2△{H}_{2}}{6}$；
②H₂S（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₂（s）+H₂O（1），当$\frac{n（{H}_{2}S）}{n（{O}_{2}）}$=$\frac{1}{\frac{1}{2}}$=2时，可达到较好的脱硫率，
故答案为：控制$\frac{n（{H}_{2}S）}{n（{O}_{2}）}$═2；
（4）①A点H₂S的物质的量为10mol，氢气为10mol，2H₂S（g）═S₂ （g）+2H₂（g），生成10mol氢气，分解的硫化氢10mol，则H₂S的转化率为$\frac{10mol}{10mol+10mol}$=50%，
故答案为：50%；
②设变化的硫化氢的物质的量为x，
          2H₂S（g）═S₂ （g）+2H₂（g），
始          20
变          x            $\frac{1}{2}$x             x
终        20-x           $\frac{1}{2}$x            x
B点H₂S与S₂ 物质的量相等，20-x=$\frac{1}{2}$x，解得x=$\frac{40}{3}$，则反应后的总物质的量为反应前的物质的量之比为$\frac{20+\frac{40}{3}}{20}$=$\frac{5}{3}$pPa，
故答案为：$\frac{5}{3}$pPa．

点评 本题考查氧化还原反应，侧重反应产物的判断、盖斯定律的应用、方程式的书写，掌握相关知识是解答关键，题目难度中等．