Question

【題目】利用化石燃料開(kāi)采、加工過(guò)程產(chǎn)生的H2S 廢氣制取氫氣，既價(jià)廉又環(huán)保。

⑴工業(yè)上可用組成為K2O·M2O3·2RO2·nH2O的無(wú)機(jī)材料純化制取的氫氣。

①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期，兩種元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為27，則R的原子結(jié)構(gòu)示意圖為____________；

②常溫下，不能與M單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的是____________(填序號(hào))；

a．CuSO4溶液　 b．Fe2O3 　 c．濃硫酸 d．NaOH溶液　 e．Na2CO3固體

(2)利用H2S廢氣制取氫氣的方法有多種。

①高溫?zé)岱纸夥?已知：H2S(g) H2(g)＋1/2S2(g)

在恒容密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行H2S分解實(shí)驗(yàn)。以H2S起始濃度均為c mol·L－1測(cè)定H2S的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見(jiàn)圖1。曲線(xiàn)a為H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線(xiàn)，b曲線(xiàn)表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率。根據(jù)圖像回答下列問(wèn)題：

i S2的結(jié)構(gòu)式為______，該反應(yīng)的△H_____0（填“＞”、“＜”或“＝”）；

ii 計(jì)算 985 ℃時(shí)H2S按上述反應(yīng)分解的平衡常數(shù)K＝________；

iii 比較H2S的速率大�。�v(a-逆)______v(b-正) ，v(b-逆)______v(c-正) （填“＞”、“＜”或“＝”）；

iiii 說(shuō)明隨溫度的升高，曲線(xiàn)b向曲線(xiàn)a逼近的原因：___________；

②電化學(xué)法

i該法制氫過(guò)程如圖2。反應(yīng)池中反應(yīng)物的流向采用氣、液逆流方式，其目的是____________；

ii反應(yīng)池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________；

iii反應(yīng)后的溶液進(jìn)入電解池，電解總反應(yīng)的離子方程式為__________________________。

Answer 1

【答案】 b、eS=S＞＜＜溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的時(shí)間縮短(或其他合理答案)增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑

【解析】

（1）①M為+3價(jià)，R為+4價(jià)，均為第三周期元素，則M為Al，R為Si，Si的質(zhì)子數(shù)為14，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：；②M為Al具有還原性，能與具有氧化性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如a、c，還能與d中NaOH溶液反應(yīng)生成氫氣，而高溫下與氧化鐵反應(yīng)，與碳酸鈉不反應(yīng)，故答案為：b、e；
（2）i.S2的結(jié)構(gòu)式為S=S，由a曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)可得隨溫度的升高，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率增大，說(shuō)明升溫，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)的△H>0；

ii.以H2S起始濃度均為cmol·L-1測(cè)定H2S的轉(zhuǎn)化率，985℃時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率為40%，則

K== ，故答案為：；

iii.曲線(xiàn)a為H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線(xiàn)，b曲線(xiàn)表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率，由平衡狀態(tài)的建立過(guò)程可知v(b-正)逐漸減小，達(dá)平衡后與v(a-逆)相等，v(b-逆)逐漸增大，最終與v(c-正)相等，故答案為：＜、＜；

iiii. 溫度的升高，曲線(xiàn)b向曲線(xiàn)a逼近，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間縮短，曲線(xiàn)b向曲線(xiàn)a逼近，故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的時(shí)間縮短；

②i.反應(yīng)池中反應(yīng)物的流向采用氣、液逆流方式，可增大反應(yīng)物接觸面積；ii. 反應(yīng)池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)為H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl；iii.電解池中亞鐵離子失去電子，氫離子得到電子，電解總反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++2H+2Fe3++H2↑；故答案為：增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分；H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl；2Fe2++2H+2Fe3++H2↑。