Question

18．現(xiàn)代煤化工產(chǎn)生的H₂S是一種重要的工業(yè)資源．請回答：
（1）用過量的NaOH吸收H₂S，請寫出該反應(yīng)的離子方程式：H₂S+2OH^-=S ^2-+2H₂O．硫化鈉又稱臭堿，其溶液盛裝在帶橡膠塞的試劑瓶中，請用離子方程式解釋其溶液呈堿性的原因?yàn)椋篠 ^2-+H₂O?HS^-+OH^-．己知：25℃時(shí)，H₂S的K_a1=1×10^-7，K_a2=1×10^-12，計(jì)算此溫度時(shí)1mol/LNa₂S溶液的pH=12．（結(jié)果取整數(shù)）
（2）用電解法處理Na₂S溶液是處理硫化氫廢氣的一個(gè)重要環(huán)節(jié)．實(shí)驗(yàn)裝置如圖：
已知陽極的反應(yīng)為xS^2--2（x-1）e^-=S_x^2-，則陰極的電極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)移nmole^-時(shí)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣休體積為11.2 n L．
（3）H₂S是煤化工原料氣脫硫過程的重要中間體．反應(yīng)原理為：
①COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7KJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42KJ/mol
已知斷裂1mol氣態(tài)分子中的化學(xué)鍵所需能量如表所示．

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

計(jì)算表中x=1074．
（4）向2L容積不變的密閉容器中充入2molCOS（g），2molH₂（g）和2molH₂O（g），進(jìn)行（3）中所述兩個(gè)反應(yīng)，其他條件不變，隨著溫度升高，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，解釋其原因?yàn)榉磻?yīng)①吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向動(dòng)，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，反應(yīng)②是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳的平衡體積分?jǐn)?shù)也增大．平衡體系中COS的物質(zhì)的量為1.6mol時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)為5%，則H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率為5%，反應(yīng)②的平衡常數(shù)為0.30（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）用過量的NaOH吸收H₂S，反應(yīng)生成硫化鈉和水；硫化鈉為強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液中硫離子水解溶液顯堿性；結(jié)合水解平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)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）電解時(shí)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，S^2-失電子被氧化，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，H⁺得電子被還原生成氫氣，結(jié)合電極方程式計(jì)算；
（3）反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減生成物的總鍵能，COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7KJ/mol，依據(jù)△H=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能計(jì)算；
（4）反應(yīng)①是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)②是放熱反應(yīng)，升溫平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行；向2L容積不變的密閉容器中充入2molCOS（g），2molH₂（g）和2molH₂O（g），進(jìn)行（3）中所述兩個(gè)反應(yīng)，平衡體系中COS的物質(zhì)的量為1.6mol時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)為5%，
              COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）
起始量       2             2              0               0
變化量     0.4           0.4             0.4           0.4
平衡量     1.6           1.6            0.4           0.4
設(shè)反應(yīng)②中水的轉(zhuǎn)化率x，
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量     0.4            2               0           0
變化量 0.4x           0.4x              0.4x       0.4x
平衡量 0.4-0.4x    2-0.4x           0.4x          0.4x
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，CO的體積分?jǐn)?shù)為5%，$\frac{0.4-0.4x}{2+2+2}$=5%，
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，則反應(yīng)②平衡常數(shù)可以用氣體物質(zhì)的量計(jì)算；

解答 解：（1）用過量的NaOH吸收H₂S，反應(yīng)生成硫化鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為：H₂S+2OH^-=S ^2-+2H₂O，硫化鈉其溶液盛裝在帶橡膠塞的試劑瓶中，溶液呈堿性的原因?yàn)榱螂x子水解，離子方程式為：S ^2-+H₂O?HS^-+OH^-，水解平衡常數(shù)，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，則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
故答案為：H₂S+2OH^-=S ^2-+2H₂O；  S ^2-+H₂O?HS^-+OH^-；12；
（2）電解時(shí)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，S^2-失電子被氧化，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，H⁺得電子被還原生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑或2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)移n mol電子時(shí)，可生成0.5nmolH₂，體積為0.5nmol×22.4L/mol=11.2nL，
故答案為：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
故答案為：1074；
（4）①COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7KJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42KJ/mol
反應(yīng)①吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向動(dòng)，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，反應(yīng)②是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳的平衡體積分?jǐn)?shù)也增大，
向2L容積不變的密閉容器中充入2molCOS（g），2molH₂（g）和2molH₂O（g），進(jìn)行（3）中所述兩個(gè)反應(yīng)，平衡體系中COS的物質(zhì)的量為1.6mol時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)為5%，
                 COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）
起始量         2             2               0               0
變化量        0.4           0.4           0.4             0.4
平衡量       1.6            1.6            0.4             0.4
設(shè)反應(yīng)②中水的轉(zhuǎn)化率x，
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量    0.4            2                0               0
變化量   0.4x             0.4x          0.4x            0.4x
平衡量 0.4-0.4x      2-0.4x          0.4x            0.4x
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，CO的體積分?jǐn)?shù)為5%，$\frac{0.4-0.4x}{2+2+2}$=5%，
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，則反應(yīng)②平衡常數(shù)可以用氣體物質(zhì)的量計(jì)算，K=$\frac{0.4×5%×0.4×5%}{（0.4-0.4×5%）×（2-0.4×5%）}$=0.30，
故答案為：反應(yīng)①吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向動(dòng)，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，反應(yīng)②是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳的平衡體積分?jǐn)?shù)也增大；5%；0.30；

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及電解池以及含硫化合物的性質(zhì)等知識(shí)，反應(yīng)熱的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握題給信息以及電極方程式的書寫，難度中等．