Question

19．利用化石燃料開采、加工過程產(chǎn)生的H₂S廢氣制取氫氣，既價廉又環(huán)保．
（1）工業(yè)上可用組成為K₂O•M₂O₃•2RO₂•nH₂O的無機材料純化制取的氫氣．
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的原子結構示意圖為．
（2）利用H₂S廢氣制取氫氣的方法有多種．
①高溫熱分解法
已知：H₂S（g）═H₂（g）+1/2S₂（g）
在恒容密閉容器中，控制不同溫度進行H₂S分解實驗．以H₂S起始濃度均為c mol•L^-1測定H₂S的轉化率，結果見圖1．圖1中a為H₂S的平衡轉化率與溫度關系曲線，b曲線表示不同溫度下反應經(jīng)過相同時間且未達到化學平衡時H₂S的轉化率．據(jù)圖計算985℃時H₂S按上述反應分解的平衡常數(shù)K=$\frac{2}{3}\sqrt{0.2c}$．

②電化學法
該法制氫過程的示意圖如圖2．反應池中發(fā)生反應的化學方程式為2FeCl₃+H₂S═2FeCl₂+S+2HCl．反應后的溶液進入電解池，電解總反應的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+2Fe³⁺．

Answer 1

分析 （1）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，結合K₂O•M₂O₃•2RO₂•nH₂O可知，M的最外層電子數(shù)為3，R的最外層電子數(shù)為4，則M為Al，R為Si；
（2）985℃時H₂S達到平衡時轉化率為40%，則
       H₂S（g）═H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）
開始  c               0             0
轉化 0.4c          0.4c         0.2c
平衡  0.6c          0.4c        0.2c
結合平衡濃度計算K；
（3）反應池中氯化鐵與硫化氫反應生成氯化亞鐵、S和HCl；電解池中亞鐵離子與氫離子反應生成氫氣和鐵離子，以此來解答．

解答 解：（1）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，結合K₂O•M₂O₃•2RO₂•nH₂O可知，M的最外層電子數(shù)為3，R的最外層電子數(shù)為4，則M為Al，R為Si，Si的原子結構示意圖為，故答案為：；
（2）985℃時H₂S達到平衡時轉化率為40%，則
       H₂S（g）═H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）
開始  c               0             0
轉化 0.4c          0.4c         0.2c
平衡  0.6c          0.4c        0.2c
K=$\frac{0.4c×\sqrt{0.2c}}{0.6c}$=$\frac{2}{3}\sqrt{0.2c}$，
故答案為：$\frac{2}{3}\sqrt{0.2c}$；
（3）反應池中氯化鐵與硫化氫反應生成氯化亞鐵、S和HCl，反應為2FeCl₃+H₂S═2FeCl₂+S+2HCl；電解池中亞鐵離子與氫離子反應生成氫氣和鐵離子，電解離子反應為 2Fe²⁺+2H⁺$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+2Fe³⁺，
故答案為：2FeCl₃+H₂S═2FeCl₂+S+2HCl；2Fe²⁺+2H⁺$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+2Fe³⁺．

點評 本題考查化學平衡計算及電解，為高頻考點，把握化學平衡三段法、K的計算、電解反應為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意利用平衡濃度計算K，題目難度中等．