Question

6．H₂S在金屬離子的鑒定分析、煤化工等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用．請回答：
Ⅰ、工業(yè)上一種制備H₂S的方法是在催化劑、高溫條件下，用天然氣與SO₂反應(yīng)，同時(shí)生成兩種能參與大氣循環(huán)的氧化物．
（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4SO₂+3CH₄═4H₂S+3CO₂+2H₂O．
II．H₂S可用于檢測和沉淀金屬陽離子．
（2）H₂S的第一步電離方程式為H₂S?H⁺+HS^-．
（3）己知：25℃時(shí)，K_sp（SnS）=1.0×10^-25，K_sp（CdS）=8.0×10^-27，該溫度下，向濃度均為0.1mol•L^-1的CdCl₂和SnCl₂的混合溶液中通人H₂S，當(dāng)Sn²⁺開始沉淀時(shí)，溶液中c（Cd²⁺）=8.0×10^-3mol/L（溶液體積變化忽略不計(jì)）．
Ⅲ．H₂S是煤化工原料氣脫硫過程的重要中間體．反應(yīng)原理為：
ⅰ．COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7kJ•mol^-1；
ⅱ．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42kJ•mol^-1；
（4）己知：斷裂1mol分子中的化學(xué)鍵所需吸收的能量如下表所示．

分子	COS（g）	H2（g）	CO（g）	H2S（g）	H2O（g）	CO2（g）
能量/kJ•mol-1	1319	442	x	678	-930	1606

表中x=1076．
（5）向10L容積不變的密閉容器中充入1mol COS（g）、1mol H₂（g）和1mol H₂O（g），進(jìn)行上述兩個(gè)反應(yīng)．其他條件不變時(shí)，體系內(nèi)CO的平衡體積分?jǐn)?shù)與溫度（T）的關(guān)系如圖所示．

①隨著溫度升高，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大（填“增大”或“減小”），原因?yàn)榉磻?yīng)I為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大；反應(yīng)II為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)也增大．
②T₁℃時(shí)，測得平衡時(shí)體系中COS的物質(zhì)的童為0.80mol．則該溫度下，COS的平衡轉(zhuǎn)化率為20%；反應(yīng)i的平衡常數(shù)為0.044（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 I．（1）工業(yè)上一種制備H₂S的方法是在催化劑、高溫條件下，用天然氣與SO₂反應(yīng)，同時(shí)生成兩種能參與大氣循環(huán)的氧化物，從元素角度考慮，這兩種氧化物為CO₂和H₂O，反應(yīng)產(chǎn)生H₂S；
II．（2）H₂S的第一步電離產(chǎn)生H⁺和HS^-，是不完全電離；
（3）根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算；
III．（4）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算，△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（5）①根據(jù)方程式和圖象分析，升高溫度，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，升高溫度使化學(xué)反應(yīng)平衡向吸熱方向進(jìn)行；
②T₁℃時(shí)，測得平衡時(shí)體系中COS的物質(zhì)的量為0.80mol，此時(shí)CO的平衡體積分?jǐn)?shù)為5%，根據(jù)方程式計(jì)算COS的平衡轉(zhuǎn)化率，將各組分平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算反應(yīng)i的平衡常數(shù)．

解答 解：I．（1）工業(yè)上一種制備H₂S的方法是在催化劑、高溫條件下，用天然氣與SO₂反應(yīng)，同時(shí)生成兩種能參與大氣循環(huán)的氧化物，從元素角度考慮，這兩種氧化物為CO₂和H₂O，反應(yīng)產(chǎn)生H₂S，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4SO₂+3CH₄═4H₂S+3CO₂+2H₂O，
故答案為：4SO₂+3CH₄═4H₂S+3CO₂+2H₂O；
II．（2）H₂S的第一步電離產(chǎn)生H⁺和HS^-，是不完全電離，則H₂S的第一步電離方程式為：H₂S?H⁺+HS^-，
故答案為：H₂S?H⁺+HS^-；
（3）向濃度均為0.1mol/L的CdCl₂和SnCl₂的混合溶液中通人H₂S，當(dāng)Sn²⁺開始沉淀時(shí)，溶液中c（S^2-）=$\frac{{K}_{sp}（SnS）}{c（S{n}^{2+}）}$=$\frac{1.0×1{0}^{-25}}{0.1}$=1.0×10^-24mol/L，則溶液中c（Cd²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（CdS）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{8.0×1{0}^{-27}}{1.0×1{0}^{-24}}$=8.0×10^-3mol/L，
故答案為：8.0×10^-3mol/L；
III．（4）根據(jù)反應(yīng)i：COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，△H=1319+442-678-x=7，可得x=1076，
故答案為：1076；
（5）①根據(jù)方程式和圖象分析，升高溫度，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，升高溫度使化學(xué)反應(yīng)平衡向吸熱方向進(jìn)行，反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的體積分?jǐn)?shù)增大，反應(yīng)ii為放熱反應(yīng)，升高溫度化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，CO的體積分?jǐn)?shù)增大，綜合兩個(gè)反應(yīng)考慮，CO的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度升高而增大，
故答案為：增大；反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)增大；反應(yīng)ii為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)也增大；
②T₁℃時(shí)，測得平衡時(shí)體系中COS的物質(zhì)的量為0.80mol，此時(shí)CO的平衡體積分?jǐn)?shù)為5%，反應(yīng)起始時(shí)，向10L容積不變的密閉容器中充入1mol COS（g）、1mol H₂（g）和1mol H₂O（g），則COS的平衡轉(zhuǎn)化率為α=$\frac{1-0.80}{1}×100%$=20%，
反應(yīng)i的方程式：COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g），
   起始（mol）    1               1               0            0
   轉(zhuǎn)化（mol）   0.2            0.2             0.2        0.2
   平衡（mol）   0.8             0.8             0.2        0.2
反應(yīng)ii的方程式：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
    起始（mol）  0.2             1                0            0.8
    轉(zhuǎn)化（mol）    x               x               x              x
     平衡（mol） 0.2-x          1-x             x            0.8+x
CO的平衡體積分?jǐn)?shù)為5%，則0.2-x=3×5%，可得x=0.05，則平衡時(shí)c（COS）=$\frac{0.8mol}{10L}$=0.08mol/L，c（H₂）=$\frac{0.8+0.05}{10}mol/L$=0.085mol/L，c（H₂S）=$\frac{0.2mol}{10L}$=0.02mol/L，c（CO）=$\frac{0.2-0.05}{10}mol/L$=0.015mol/L，因此反應(yīng)i的化學(xué)平衡常數(shù)為K₁=$\frac{c（{H}_{2}S）c（CO）}{c（{H}_{2}）c（COS）}$=$\frac{0.02mol/L×0.015mol/L}{0.085mol/L×0.08mol/L}$=0.044，
故答案為：20%；0.044．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)原理部分知識，包含氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平，蓋斯定律的應(yīng)用，弱電解質(zhì)的電離平衡，化學(xué)平衡的移動，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，多重反應(yīng)的計(jì)算是難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)，試題有助于培養(yǎng)綜合分析問題的能力，為高頻考點(diǎn)和常見題型，題目難度中等，是中檔題．