Question

19．“關(guān)愛生命，注意安全”．慘痛的天津爆炸觸目驚心，火災(zāi)之后依然火勢綿延不絕的原因之一是易燃物中含有電石．工業(yè)上常用電石（主要成分為CaC₂，雜質(zhì)為CaS等）與水反應(yīng)生產(chǎn)乙炔氣．
（1）工業(yè)上合成CaC₂主要采用氧熱法．
已知：CaO（s）+3C（s）=CaC₂（s）+CO（g）△H=+464.1kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO，為維持熱平衡，每生產(chǎn)l molCaC₂，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為10.4mol．
（2）已知2000℃時(shí)，合成碳化鈣的過程中還可能涉及到如下反應(yīng)
CaO（s）+C（s）=Ca（g）+CO（g）           K₁ △H₁=a KJ•mol^-1
Ca（g）+2C（s）=CaC₂（s）                 K₂ △H₂=b KJ•mol^-1
2CaO（s）+CaC₂（s）=3Ca（g）+2CO（g）     K₃ △H₃=c KJ•mol^-1
則K₁=$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$ （用含K₂、K₃的代數(shù)式表示）；c=2a-b（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（3）利用電石產(chǎn)生乙炔氣的過程中產(chǎn)生的H₂S氣體制取H₂，既廉價(jià)又環(huán)保．

①利用硫化氫的熱不穩(wěn)定性制取氫氣[2H₂S（g）?S₂（g）+2H₂（g）]．在體積為2L的恒容密閉容器中，H₂S起始物質(zhì)的量為2mol，達(dá)到平衡后H₂S的轉(zhuǎn)化率α隨溫度和壓強(qiáng)變化如圖l所示．據(jù)圖計(jì)算T₁℃、P₁時(shí)平衡體系中H₂的體積分?jǐn)?shù)33.3%．由圖知壓強(qiáng)P₁小于P₂（填“大于”“小于”或“等于”），理由是相同溫度下，壓強(qiáng)增大，H₂S分解反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以P₁小于P₂．
②電化學(xué)法制取氫氣的原理如圖2，請(qǐng)寫出反應(yīng)池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺，惰性電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

Answer 1

分析 （1）若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO．則為了維持熱平衡，所以每生產(chǎn)1molCaC₂，則投料的量為：1molCaO、而投入碳的量為：3mol+$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$=7.2mol，氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$×$\frac{1}{2}$=2.1mol，2.1mol氧氣化合價(jià)降低8.4，1molCaC₂化合物價(jià)降低2.0，共降低價(jià)數(shù)為10.4mol；
（2）由反應(yīng)，①CaO（s）+C（s）?Ca（g）+CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1；②Ca（g）+2C（s）?CaC₂（s）△H₂=b kJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)反應(yīng)的反應(yīng)熱為：①×2-②得△H₃=（2a-b）kJ•mol^-1，K1=$\sqrt{K2K3}$；
（3）①根據(jù)三步法列出起始、變化和平衡時(shí)的物質(zhì)的量，再根據(jù)氣體的體積分?jǐn)?shù)等于氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì)算；相同溫度下，壓強(qiáng)增大，H₂S分解反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以P₁小于P₂；
②反應(yīng)池中H₂S與S₂O₈^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)；電解池中硫酸根離子失去電子，氫離子得到電子，以此來解答．

解答 解：（1）若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO．則為了維持熱平衡，所以每生產(chǎn)1molCaC₂，則投料的量為：1molCaO、而投入碳的量為：3mol+$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$=7.2mol，氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$×$\frac{1}{2}$=2.1mol，2.1mol氧氣化合價(jià)降低8.4，1molCaC₂化合物價(jià)降低2.0，共降低價(jià)數(shù)為10.4mol，
故答案為：10.4；
（2）由反應(yīng)，①CaO（s）+C（s）?Ca（g）+CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1；②Ca（g）+2C（s）?CaC₂（s）△H₂=b kJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)反應(yīng)=①×2-②，K1=$\sqrt{K2K3}$；反應(yīng)熱c=（2a-b）kJ•mol^-1，
故答案為：$\sqrt{K2K3}$；（2a-b）；
（3）①H₂S起始濃物質(zhì)的量為2mol，測定H₂S的轉(zhuǎn)化率，T1時(shí)H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，則
   H₂S（g）?H₂（g）+1/2S₂（g）
開始 2      0         0
轉(zhuǎn)化0.8     0.8      0.4
平衡1.2     0.8      0.4
根據(jù)氣體的體積分?jǐn)?shù)等于氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，P₁時(shí)平衡體系中H₂的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{0.8}{1.2+0.8+0.4}×100%$=33.3%；
相同溫度下，壓強(qiáng)增大，H₂S分解反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以P₁小于P₂；
故答案為：=33.3%；小于；相同溫度下，壓強(qiáng)增大，H₂S分解反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以P₁小于P₂；
②反應(yīng)池中H₂S與S₂O₈^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺；電解池中硫酸根離子失去電子生成S₂O₈^2-，2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，
故答案為：H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺；2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生化學(xué)平衡常數(shù)、蓋斯定律、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響和化學(xué)方程式的書寫及計(jì)算方面的知識(shí)，綜合性強(qiáng)，難度較大．