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。

(1)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ㄒ阎��?/span>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。曲線a為H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線，b曲線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 計(jì)算 985 ℃時(shí)H2S按上述反應(yīng)分解的平衡常數(shù) K＝________；

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

②電化學(xué)法

i該法制氫過(guò)程如圖。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、e (mol/L)1/2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）①無(wú)機(jī)材料K2O·M2O3·2RO2·nH2O中鉀顯+1價(jià)，氧顯-2價(jià)，氫顯+1價(jià)，則M顯+3價(jià)，R顯+4價(jià)；M、R為第3周期主族元素，質(zhì)子數(shù)之和為27，則M、R原子的質(zhì)子數(shù)分別為13、14，M、R分別是鋁、硅，硅原子的結(jié)構(gòu)示意圖為。

②由金屬活動(dòng)性順序可得，鋁比銅活潑，則鋁與硫酸銅溶液可以發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu，故a項(xiàng)不符合題意；

鋁與氧化鐵在高溫下才能發(fā)生鋁熱反應(yīng)，常溫下不能反應(yīng)，故b項(xiàng)符合題意；

濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，常溫下能使鋁鈍化，鋁表面生成一層致密的保護(hù)膜，鈍化是化學(xué)變化，故c項(xiàng)不符合題意；

氫氧化鈉是強(qiáng)堿，鋁單質(zhì)與NaOH溶液容易反應(yīng)，放出氣體，故d項(xiàng)不符合題意；

常溫下鋁不能與碳酸鈉固體反應(yīng)，故e項(xiàng)符合題意，

綜上所述，正確答案為b、e。

（2）①H2S起始濃度均為c mol·L－1，985 ℃時(shí)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則H2S的變化濃度為0.4c mol·L－1，則：

H2S(g) H2(g)＋S2(g)

起始濃度/ mol·L－1 c 00

變化濃度/ mol·L－1 0.4c 0.4c0.2c

平衡濃度/ mol·L－1 0.6c 0.4c0.2c

K=== (mol/L)1/2 ，

溫度逐漸升高，H2S分解的反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，在一定的時(shí)間內(nèi)能更快的達(dá)到平衡，在圖像上表現(xiàn)出來(lái)就是b漸漸向a逼近。

因此，本題正確答案為： (mol/L)1/2；溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的時(shí)間縮短；

②由圖可知，H2S氣體從反應(yīng)池底部通入，FeCl3溶液從反應(yīng)池頂部噴下，這種采用氣液逆流方式加入反應(yīng)物的主要目的是增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分；

由圖可知，H2S中S被氧化，而FeCl3被還原為FeCl2，配平可得：H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl；反應(yīng)池中反應(yīng)后溶液中主要成分是FeCl2、HCl，電解池中含有的Fe2+被氧化為Fe3+，H+被還原為H2，電解總反應(yīng)的離子方程式：2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑，

因此，本題正確答案為：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↑。