Question

【題目】H2S是存在于燃氣中的一種有害氣體，脫除H2S的方法有很多。

(1)國內(nèi)有學(xué)者設(shè)計了“Cu2+一沉淀氧化”法脫除H2S。該法包括生成CuS沉淀，氧化CuS(Cu2++CuS+4Cl—=S+2CuCl2—)及空氣氧化CuCl2—再生Cu2+。

①反應(yīng)H2S(aq)+Cu2+(aq)CuS(s)+2H+(aq)的K=__________

②再生Cu2+反應(yīng)的離子方程式為____________。

(2)采用生物脫硫技術(shù)時，H2S與堿反應(yīng)轉(zhuǎn)化為HS-，在脫氮硫桿菌參與下，HS-被NO3-氧化為SO42—、NO3—被還原為N2。當(dāng)33.6 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)某燃氣(H2S的含量為0.2%)脫硫時，消耗NO3—的物質(zhì)的量為___mol。

(3)已知下列熱化學(xué)方程式：

Ⅰ.H2(g)+O2(g)=H2O(l) H1=-285.8kJmol-1

Ⅱ. H2(g)+S(s)=H2S(g) H2=-20.6kJmol-1

Ⅲ.S(s)+O2(g)=SO2(g) H3=-296.8kJmol-1

則以Claus法脫除H2S的反應(yīng)：2H2S(g)+SO2 (g)=3S(s)+2H2O(1) △H=________kJ/mol。

(4)101 kPa下，H2S分解：2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)。保持壓強不變，反應(yīng)達到平衡時，氣體的體積分數(shù)(φ)隨溫度的變化曲線如圖：

①在密閉容器中，關(guān)于反應(yīng)2H2S(g) 2H2(g)+S2 (g)的說法正確的是____(填字母)。

A.Kp隨溫度的升高而增大

B.低壓有利于提高HpS的平衡分解率

C.維持溫度、氣體總壓強不變時，向平衡體系中通入氬氣，則v(正)<v(逆)

D.在恒容密閉容器中進行反應(yīng)，當(dāng)氣體密度不再變化時，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)

②圖中Q點：H2S的平衡轉(zhuǎn)化率為____；S2(g)的分壓為____kPa；1330℃時，反應(yīng)2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)的Kp=_____(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

Answer 1

【答案】 4CuCl2—+O2+ 4H+= 4Cu2++2 H2O+8Cl- 4.8 -233.6 AB 50% 20.2 kPa 20.2 kPa

【解析】

(1) ①根據(jù)平衡常數(shù)表達式，反應(yīng)H2S(aq)+Cu2+(aq)CuS(s)+2H+(aq)的K=；

②空氣氧化CuCl2—再生Cu2+；

(2) H2S與堿反應(yīng)轉(zhuǎn)化為HS-，根據(jù)硫原子守恒：H2S~ HS-；在脫氮硫桿菌參與下，HS-被NO3-氧化為SO42—、NO3—被還原為N2，發(fā)生的離子反應(yīng)為5HS-+8NO3-+3H+= 5SO42-+ 4N2+ 4H2O，則可得關(guān)系：5H2S~ 5HS-~8NO3-，根據(jù)硫化氫的物質(zhì)的量進行計算；

(3)根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ×2-Ⅲ即可得到目標(biāo)反應(yīng)的焓變，即△H=2H1-2H2-H3；

(4)①A.平衡常數(shù)只受溫度影響，根據(jù)圖像，隨著溫度升高，H2S 的體積分數(shù)減少，硫和氫氣的體積分數(shù)增大，反應(yīng)向正向進行，則Kp隨溫度的升高而增大；

B. 反應(yīng)2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)正反應(yīng)方向為氣體體積增大的方向，根據(jù)勒夏特列原理，降低壓強平衡向體積增大的方向移動，即平衡向正反應(yīng)方向移動，H2S的平衡分解率增大，則降低壓強低壓有利于提高H2S的平衡分解率；

C.維持溫度、氣體總壓強不變時，向平衡體系中通入氬氣，相當(dāng)于增大容器體積，平衡向氣體體積增大的方向移動，即向正向移動，則v(正>v(逆)；

D.在恒容密閉容器中進行反應(yīng)，容器體積不變，反應(yīng)過程中氣體總質(zhì)量不變，氣體密度始終保持不變，則密度不再變化不能判斷作為判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)；

②圖中Q點時，硫化氫的體積分數(shù)與氫氣的體積分數(shù)相等，設(shè)硫化氫轉(zhuǎn)化率為x，硫化氫初始物質(zhì)的量為1mol，則利用三段式計算解答。

(1) ①根據(jù)平衡常數(shù)表達式，反應(yīng)H2S(aq)+Cu2+(aq)CuS(s)+2H+(aq)的K=；

②空氣中的氧氣可氧化CuCl2—生成Cu2+，則離子反應(yīng)為：4CuCl2—+O2+ 4H+= 4Cu2++ 2H2O+8Cl-；

(2) 33.6 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)某燃氣(H2S的含量為0.2%)中含有硫化氫的物質(zhì)的量==3mol；H2S與堿反應(yīng)轉(zhuǎn)化為HS-，根據(jù)硫原子守恒：H2S~ HS-；在脫氮硫桿菌參與下，HS-被NO3-氧化為SO42—、NO3—被還原為N2，發(fā)生的離子反應(yīng)為5HS-+8NO3-+3H+= 5SO42-+ 4N2+ 4H2O，則可得關(guān)系：5H2S~ 5HS-~8NO3-，則消耗NO3—的物質(zhì)的量==4.8mol；

(3)根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ×2-Ⅲ即可得到目標(biāo)反應(yīng)的焓變，即△H=2H1-2H2-H3=2×(-285.8kJmol-1)-2×(-20.6kJmol-1)-(-296.8kJmol-1)=-233.6kJmol-1，2H2S(g)+SO2 (g)=3S(s)+2H2O(1)△H=-233.6 kJmol-1；

(4)①A.平衡常數(shù)只受溫度影響，根據(jù)圖像，隨著溫度升高，H2S 的體積分數(shù)減少，硫化氫氣的體積分數(shù)增大，反應(yīng)向正向進行，則Kp隨溫度的升高而增大，故A正確；

B. 反應(yīng)2H2S(g)2H2(g)+S2(g)正反應(yīng)方向為氣體體積增大的方向，根據(jù)勒夏特列原理，降低壓強平衡向體積增大的方向移動，即平衡向正反應(yīng)方向移動，H2S的平衡分解率增大，則降低壓強低壓有利于提高H2S的平衡分解率，故B正確；

C.維持溫度、氣體總壓強不變時，向平衡體系中通入氬氣，相當(dāng)于增大容器體積，平衡向氣體體積增大的方向移動，即向正向移動，則v(正)>v(逆)，故C錯誤；

D.在恒容密閉容器中進行反應(yīng)，容器體積不變，反應(yīng)過程中氣體總質(zhì)量不變，氣體密度始終保持不變，則密度不再變化不能判斷作為判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯誤；

故答案選AB；

②圖中Q點時，硫化氫的體積分數(shù)與氫氣的體積分數(shù)相等，設(shè)硫化氫轉(zhuǎn)化率為x，硫化氫初始物質(zhì)的量1mol，則利用三段式：。

圖中Q點時，硫化氫的體積分數(shù)與氫氣的體積分數(shù)相等，則=，則x=，則H2S的平衡轉(zhuǎn)化率為50%；S2(g)的分壓為×101 kPa=20.2 kPa，1330℃時，反應(yīng)2H2S(g)=2H2(g)+S2(g)的Kp===20.2 kPa。