题目内容

工业上制取氢气除电解水外还有多种方法.
(1)工业上可用组成为K2O?M2O3?2RO2?nH2O的无机材料纯化制取氢气.
①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期,两种元素原子的质子数之和为27,则R的原子结构示意图为
 
.
②常温下,不能与M单质发生反应的是
 
(填序号).
a.CuSO4溶液     b.Fe2O3     c.浓硫酸     d.NaOH溶液    e.Na2CO3固体
(2)工业上也可利用化石燃料开采、加工过程中产生的H2S废气制取氢气.

①高温热分解法
已知:H2S(g)?H2(g)+S(g)
在恒温密闭容器中,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,结果见图1.图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线,b为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的转化率的变化曲线.据图计算985℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K=
 
;随着温度的升高,曲线b向曲线a逼近的原因是
 
.
②电化学法:该法制取氢气的过程如图2所示.反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是
 
;反应池中发生反应的化学方程式为
 
.反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离子方程式为
 
.
(3)H2S在足量氧气中燃烧可以得SO2,若在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO2和0.10mol O2,半分钟后达到平衡,测得容器中含SO3 0.18mol.若继续通入0.20mol SO2和0.10mol O2,则平衡
 
移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”),再次达到平衡后,SO3的物质的量的取值范围为
 
 mol.
考点:化学平衡常数的含义,转化率随温度、压强的变化曲线,化学平衡的计算,电解原理
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)①M为+3价,R为+4价,均为第三周期元素,则M为Al,R为Si,Si的质子数为14;
②M为Al具有还原性,能与具有氧化性的物质发生反应;
(2)①K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比;温度的升高,曲线b向曲线a逼近,反应速率加快;
②反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,可增大反应物接触面积;反应池中发生氧化还原反应;电解池中亚铁离子失去电子,氢离子得到电子,以此来解答;
(3)根据影响化学平衡的因素来判断平衡移动方向,利用极限法求出再次达平衡后n(SO3)的范围.
解答: 解:(1)①M为+3价,R为+4价,均为第三周期元素,两种元素原子的质子数之和为27,则M为Al,R为Si,Si的质子数为14,其原子结构示意图为,
故答案为:;
②M为Al具有还原性,能与具有氧化性的物质发生反应,如a、c,还能与d中NaOH溶液反应生成氢气,而高温下与氧化铁反应,与碳酸钠不反应,
故答案为:be;
(2)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
   H2S(g)?H2(g)+S(g)
开始 c       0       0
转化0.4c    0.4c   0.4c
平衡0.6c    0.4c   0.4c
该反应的平衡常数K=
0.4c×0.4c
0.6c
=
4
15
c
;
温度的升高,曲线b向曲线a逼近,反应速率加快,达到平衡时的时间缩短,
故答案为:=
4
15
c
;温度升高,反应速率加快,达到平衡所需的进间缩短;
②反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,可增大反应物接触面积;反应池中发生氧化还原反应为H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl;电解池中亚铁离子失去电子,氢离子得到电子,电解总反应的离子方程式为:2Fe2++2H+
 电解 
.
 
2Fe3++H2↑,
故答案为:增大反应物接触面积,使反应更充分;H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl;2Fe2++2H+
 电解 
.
 
2Fe3++H2↑;
(3)继续通入0.30molSO2和0.15molO2,容器内压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,即向正反应方向移动;
用极限法求出n(SO3)的范围:假设平衡不移动,此时n(SO3)=0.18×2=0.36mol;
假设0.40molSO2完全生成SO3,根据化学方程式2SO2+O2?2SO3可知n(SO3)=0.4mol,
所以再次达到平衡时,0.36<n(SO3)<0.40mol,
故答案为:向正反应方向;0.36<n(SO3)<0.40.
点评:本题以硫化氢为载体考查物质的性质、影响反应速率的因素、化学平衡、电化学等,题目综合性强,难度较大,注重了高考常考考点的考查,注意知识的迁移应用和信息的处理;(3)为难点,注意极限法的应用.
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