Question

16．硫化氢在科研、生活及化学工业中均有重要应用．
（1）已知：H₂S电离常数：K₁=1.3×10^-7，K₂=7.0×10 ^-15，在废水处理领域中，H₂S能使某些金属离子生成难溶硫化物而除去．250C时，0.1mol．L^-1H₂S溶液pH为（取近似整数）4；向含有0.020mol．L^-lMn²⁺的废水中通入一定量H₂S气体，调节溶液的pH=5，当HS^-浓度为1.0×10^-4mol•L^一1时，Mn²⁺开始沉淀，则MnS的溶度积为2.8×10^-13．
（2）工业上采用高温分解H₂S制取氢气，在膜反应器中分离出H₂．其反应为
2H₂S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）△H₁
已知：H₂S（g）?H₂（g）+S（g）△H₂    2S（g）?S₂ （g）△H₃
则△H₁=（用含△H₂、△H₃式子表示）
（3）在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S分解实验．以H2s起始浓度均为c mol•L^-1测定H₂S的转化率，结果如图1所示．图中a曲线表示H₂S的平衡转化率与温度的关系，b曲线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．由图可知：2H₂ S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）△H₁＞0（填“＞”、“＜”或
“=”）；在985℃时，该反应经过时间t s达到平衡状态，反应速率v（H₂）为$\frac{0.4c}{t}$，反应的平衡常数K为$\frac{0.8c}{9}$；H₂S分解随温度升高，曲线b向曲线a逼近的原因是反应速率加快，达到平衡所需时间缩短．

（4）H₂S废气可用足量烧碱溶液吸收，将吸收后的溶液加入如图2所示电解池中进行电解，在阳极区可生成S_n^2-．试写出生成S_n^2-的反应方程式（n-1）S+S^2-═S_n^2-．

Answer 1

分析 （1）根据Ka表达式结合电离平衡常数进行计算；当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合此时的pH，以及Ksp=c（Mn²⁺）•c（S^2-）进行计算；
（2）已知：H₂S（g）?H₂（g）+S（g）△H₂    2S（g）?S₂ （g）△H₃，利用盖斯定律来计算2H₂S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）的△H₁；
（3）根据温度升高，转化率增大，可知平衡正移，据此分析；根据转化率求出反应的量，再求反应速率；根据温度对速率的影响分析；
（4）阴极上氢离子放电生成氢气，阳极上硫离子放电，电极反应式为S^2--2e^-═S；S_n^2-和氢离子反应生成S单质，S元素失电子发生氧化反应，同时S元素得电子生成H₂S，根据电解原理来回答．

解答 解：（1）已知：H₂S电离常数：K₁=1.3×10^-7，250C时，0.1mol．L^-1H₂S溶液中，设氢离子浓度是x，根据H₂S?2H⁺+HS^-，则：$\frac{{x}^{2}}{0.1}$=1.3×10^-7，解得x=$\sqrt{1.3}$×10^-4，所以pH≈4，当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，调节溶液的pH=5，H₂S电离常数：K₂=7.0×10^-15，当HS^-浓度为1.0×10^-4mol•L^-1时，c（S^2-）=7×10^-12mol•L^-1，
所以Ksp=c（Mn²⁺）•c（S^2-）=7×10^-12mol•L^-1×0.020mol．L^-1=2.8×10^-13，故答案为：4；2.8×10^-13；
（2）已知：①H₂S（g）?H₂（g）+S（g）△H₂
②2S（g）?S₂ （g）△H₃
反应：2H₂S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）可以根据①×2+②得到，所以△H₁=2△H₂+△H₃，故答案为：△H₁=2△H₂+△H₃；
（3）由图象可知，温度升高，转化率增大，则平衡正移，所以正方向为吸热方向，即△H＞0，H₂S的起始浓度均为c mol•L^-1，若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，则参加反应的硫化氢为c mol•L^-1×40%=0.4cmol•L^-1，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；以H₂S起始浓度均为cmol•L^-1测定H₂S的转化率，985℃时H₂S的转化率为40%，则
     2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g），
开始 c           0       0
转化 0.4c        0.4c    0.2c
平衡0.6c         0.4c     0.2c
K=$\frac{0.2c×（0.4c）^{2}}{（0.6c）^{2}}$=$\frac{0.8c}{9}$；随着温度升高，反应速率逐渐加快，达到平衡所需时间缩短，所以曲线b向曲线a逼近；
故答案为：＞；$\frac{0.4c}{t}$；$\frac{0.8c}{9}$；温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短．
（4）电解过程中阳极区发生如下反应：S^2--2e^-═S，溶液中发生反应（n-1）S+S^2-═S_n^2-，故答案为：（n-1）S+S^2-═S_n^2-．

点评 本题考查了化学平衡及其影响，题目难度中等，明确化学平衡及其影响因素为解答关键，注意掌握三段式在化学计算中的应用方法，试题培养了学生分析能力及化学计算能力．