Question

19．硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题．由硫化氢获得硫单质有多种方法．
（1）用脱硫剂ZDE-01的海绵铁法脱硫，可实现常温脱硫
①脱硫：Fe₂O₃•H₂O（s）+3H₂S（g）=Fe₂S₃•H₂O（s）+3H₂O（g）△H=-akJ/mol
②再生：2Fe₂S₃•H₂O（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃•H₂O（s）+6S（s）△H=-bkJ/mol
则2H₂S（g）+O₂（g）=2H₂O（g）+2S（s）△H=-$\frac{（2a+b）}{3}$kJ/mol（用a、b表示）
（2）H₂S在高温下分解生成硫蒸气和H ₂．若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，
①H ₂ S在高温下分解反应的化学方程式为2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）．
②据图1计算；若1400℃时，VL恒容容器中加入amol的H₂S，则该条件下的平衡常数可表示为$\frac{a}{4V}$mol•L^-1
（3）H₂S的废气可用烧碱溶液吸收，将烧碱吸收H₂S后的溶液加入到如图2所示的电解池的阳极区进行电解
①写出电解时阴极的电极反应式：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-．
②Na₂S溶液中离子浓度由大到小顺序：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞C（H⁺）
（4）H₂S气体溶于水形成的氢硫酸是一种二元弱酸，25℃时，在0.10mol•L^-1 H₂S溶液中，通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c（S^2-）关系如图3所示（忽略溶液体积的变化、H₂S的挥发）．
①pH=13时，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043mol•L^-1．
②某溶液含0.020mol•L^-1Mn²⁺、0.10mol•L^-1H₂S，当溶液pH=5时，Mn²⁺开始沉淀．

Answer 1

分析 （1）①将已知方程式变形：$\frac{①×2-②}{3}$得目标方程式：2H₂S（g）+O₂（g）=2H₂O（g）+2S（s），依据盖斯定律计算反应热；
（2）①依据题干可知：H₂S在高温下分解生成氢气、S，结合图中数据可知反应为可逆反应，依据原子个数、得失电子数守恒书写方程式；
②依据图表中达到平衡时各物质的百分含量，列三段计算反应平衡常数；
（3）①电解池阴极发生还原反应，图中阴极区为氢氧化钠溶液，则水电离产生的氢离子得到电子生成氢气，据此书写电极反应式；
②硫化钠为强碱弱酸盐，硫离子水解而使其溶液呈碱性，硫离子有两步水解，第一步水解能力远远大于第二步；
（4）①pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合图象得出此时的pH；

解答 解：（1）已知①脱硫：Fe₂O₃•H₂O（s）+3H₂S（g）=Fe₂S₃•H₂O（s）+3H₂O（g）△H=-akJ/mol
②再生：2Fe₂S₃•H₂O（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃•H₂O（s）+6S（s）△H=-bkJ/mol
则得到2H₂S（g）+O₂（g）=2H₂O（g）+2S（s），依据盖斯定律可知反应的焓变为：-$\frac{（2a+b）}{3}$ kJ/mol；
故答案为：-$\frac{（2a+b）}{3}$ kJ/mol；
（2）①依据题干可知：H₂S在高温下分解生成氢气、S，结合图中数据可知反应为可逆反应依据原子个数、得失电子数守恒可知反应的方程式：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）；
故答案为：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）；
②据图1计算；若1400℃时，VL恒容容器中加入amol的H₂S，达到平衡时，硫化氢、氢气体积分数为40%，S₂（g）的体积分数为：20%，设生成的S₂（g）物质的量为xmol，则：
2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）
  a                    0           0
 2x                  2x           x
a-2x                 2x           x
达到平衡时，硫化氢、氢气体积分数相等，即a-2x=2x，解得x=$\frac{a}{4}$；
则平衡时，H₂S物质的量浓度为：$\frac{a}{2V}$mol/L，H₂物质的量浓度为：$\frac{a}{2V}$mol/L，S₂物质的量浓度为：$\frac{a}{4V}$mol/L，
则反应平衡常数为：$\frac{\frac{a}{4V}×\frac{a}{2V}×\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×\frac{a}{2V}}$=$\frac{a}{4V}$；
故答案为：$\frac{a}{4V}$；

（3）①电解池阴极发生还原反应，图中阴极区为氢氧化钠溶液，则水电离产生的氢离子得到电子生成氢气，电极反应式：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
故答案为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
②硫化钠为强碱弱酸盐，硫离子易水解而使其溶液呈碱性，硫离子第一步水解能力远远大于第二步，溶液中氢氧根离子来源于水的电离和硫离子水解，硫氢根离子只来源于硫离子水解，但硫离子的水解能力较小，所以溶液中离子浓度大小顺序是c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞C（H⁺）；
故答案为：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞C（H⁺）；
（4））①根据溶液pH与c（S^2-）关系图pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案为：0.043；
②当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{Ksp（MnS）}{c（M{n}^{2}{\;}^{+}）}$=$\frac{2.8×10{\;}^{-13}}{0.020}$mol/L=1.4×10^-11mol/L，结合图象得出此时的pH=5，所以pH=5时锰离子开始沉淀，
故答案为：5．

点评 本题为综合题，考查了反应热的计算、方程式的书写、化学平衡常数的计算、离子浓度大小的比较、电极反应式的书写、pH值的计算，题目综合性强，难度较大，熟悉盖斯定律计算反应热的方法、化学平衡常数的计算、电解池原理、盐类水解的规律是解题关键．