Question

18．现代煤化工产生的H₂S是一种重要的工业资源．请回答：
（1）用过量的NaOH吸收H₂S，请写出该反应的离子方程式：H₂S+2OH^-=S ^2-+2H₂O．硫化钠又称臭碱，其溶液盛装在带橡胶塞的试剂瓶中，请用离子方程式解释其溶液呈碱性的原因为：S ^2-+H₂O?HS^-+OH^-．己知：25℃时，H₂S的K_a1=1×10^-7，K_a2=1×10^-12，计算此温度时1mol/LNa₂S溶液的pH=12．（结果取整数）
（2）用电解法处理Na₂S溶液是处理硫化氢废气的一个重要环节．实验装置如图：
已知阳极的反应为xS^2--2（x-1）e^-=S_x^2-，则阴极的电极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，当反应转移nmole^-时，产生标准状况下的气休体积为11.2 n L．
（3）H₂S是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体．反应原理为：
①COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7KJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42KJ/mol
已知断裂1mol气态分子中的化学键所需能量如表所示．

分子	COS	H2	H2O	CO	H2S	CO2
能量/KJ/mol	1323	436	926	X	678	1606

计算表中x=1074．
（4）向2L容积不变的密闭容器中充入2molCOS（g），2molH₂（g）和2molH₂O（g），进行（3）中所述两个反应，其他条件不变，随着温度升高，CO的平衡体积分数增大，解释其原因为反应①吸热反应，升高温度，平衡正向动，CO的平衡体积分数增大，反应②是放热反应，升温平衡逆向进行，一氧化碳的平衡体积分数也增大．平衡体系中COS的物质的量为1.6mol时，CO的体积分数为5%，则H₂O的平衡转化率为5%，反应②的平衡常数为0.30（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）用过量的NaOH吸收H₂S，反应生成硫化钠和水；硫化钠为强碱弱酸盐，溶液中硫离子水解溶液显碱性；结合水解平衡常数表达式计算，S ^2-+H₂O?HS^-+OH^-，Kh=$\frac{c（O{H}^{-}）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$；
（2）电解时，阳极发生氧化反应，S^2-失电子被氧化，阴极发生还原反应，H⁺得电子被还原生成氢气，结合电极方程式计算；
（3）反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能，COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7KJ/mol，依据△H=反应物的总键能-生成物的总键能计算；
（4）反应①是吸热反应，反应②是放热反应，升温平衡向吸热反应方向进行；向2L容积不变的密闭容器中充入2molCOS（g），2molH₂（g）和2molH₂O（g），进行（3）中所述两个反应，平衡体系中COS的物质的量为1.6mol时，CO的体积分数为5%，
              COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）
起始量       2             2              0               0
变化量     0.4           0.4             0.4           0.4
平衡量     1.6           1.6            0.4           0.4
设反应②中水的转化率x，
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量     0.4            2               0           0
变化量 0.4x           0.4x              0.4x       0.4x
平衡量 0.4-0.4x    2-0.4x           0.4x          0.4x
反应前后气体物质的量不变，CO的体积分数为5%，$\frac{0.4-0.4x}{2+2+2}$=5%，
反应前后气体物质的量不变，则反应②平衡常数可以用气体物质的量计算；

解答 解：（1）用过量的NaOH吸收H₂S，反应生成硫化钠和水，反应的离子方程式为：H₂S+2OH^-=S ^2-+2H₂O，硫化钠其溶液盛装在带橡胶塞的试剂瓶中，溶液呈碱性的原因为硫离子水解，离子方程式为：S ^2-+H₂O?HS^-+OH^-，水解平衡常数，Kh=$\frac{c（O{H}^{-}）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$，c（S^2-）=1mol/L，则c（OH^-）≈$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$×c（S^2-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-12}}$×1mol/L=10^-2mol/L，c（H⁺）=10^-12mol/L
PH=12
故答案为：H₂S+2OH^-=S ^2-+2H₂O；  S ^2-+H₂O?HS^-+OH^-；12；
（2）电解时，阳极发生氧化反应，S^2-失电子被氧化，阴极发生还原反应，H⁺得电子被还原生成氢气，电极方程式为2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，当反应转移n mol电子时，可生成0.5nmolH₂，体积为0.5nmol×22.4L/mol=11.2nL，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，11.2 n L；
（3）COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7KJ/mol，
△H=1323KJ/mol+436KJ/mol-678KJ/mol-XKJ/mol=7KJ/mol
X=1074
故答案为：1074；
（4）①COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7KJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42KJ/mol
反应①吸热反应，升高温度，平衡正向动，CO的平衡体积分数增大，反应②是放热反应，升温平衡逆向进行，一氧化碳的平衡体积分数也增大，
向2L容积不变的密闭容器中充入2molCOS（g），2molH₂（g）和2molH₂O（g），进行（3）中所述两个反应，平衡体系中COS的物质的量为1.6mol时，CO的体积分数为5%，
                 COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）
起始量         2             2               0               0
变化量        0.4           0.4           0.4             0.4
平衡量       1.6            1.6            0.4             0.4
设反应②中水的转化率x，
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量    0.4            2                0               0
变化量   0.4x             0.4x          0.4x            0.4x
平衡量 0.4-0.4x      2-0.4x          0.4x            0.4x
反应前后气体物质的量不变，CO的体积分数为5%，$\frac{0.4-0.4x}{2+2+2}$=5%，
反应前后气体物质的量不变，则反应②平衡常数可以用气体物质的量计算，K=$\frac{0.4×5%×0.4×5%}{（0.4-0.4×5%）×（2-0.4×5%）}$=0.30，
故答案为：反应①吸热反应，升高温度，平衡正向动，CO的平衡体积分数增大，反应②是放热反应，升温平衡逆向进行，一氧化碳的平衡体积分数也增大；5%；0.30；

点评 本题考查较为综合，涉及电解池以及含硫化合物的性质等知识，反应热的计算，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握题给信息以及电极方程式的书写，难度中等．