Question

15．“關愛生命，注意安全”．慘痛的天津爆炸觸目驚心，火災之后依然火勢綿延不絕的原因之一是易燃物中含有電石．工業(yè)上常用電石（主要成分為CaC₂，雜質(zhì)為CaS等）與水反應生產(chǎn)乙炔氣．
（1）工業(yè)上合成CaC₂主要采用氧熱法．
已知：CaO（s）+3C（s）═CaC₂（s）+CO（g）△H=+464.1kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO，為維持熱平衡，每生產(chǎn)l molCaC₂，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為10.4．
（2）已知2000℃時，合成碳化鈣的過程中還可能涉及到如下反應
CaO（s）+C（s）═Ca（g）+CO（g）   K₁△H₁=a KJ•mol^-1
Ca（g）+2C（s）═CaC₂（s）   K₂△H₂=b KJ•mol^-1
2CaO（s）+CaC₂（s）═3Ca（g）+2CO（g）  K₃△H₃=c KJ•mol^-1
則K₁=$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$ （用含K₂、K₃的代數(shù)式表示）；c=（2a-b）（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（3）利用電石產(chǎn)生乙炔氣的過程中產(chǎn)生的H₂S氣體制取H₂，既廉價又環(huán)保．

①利用硫化氫的熱不穩(wěn)定性制取氫氣[2H₂S（g）?S₂（g）+2H₂（g）]．在體積為2L的恒容密閉容器中，H₂S起始物質(zhì)的量為2mol，達到平衡后H₂S的轉(zhuǎn)化率α隨溫度和壓強變化如圖l所示．據(jù)圖計算T₁℃、P₁時平衡體系中H₂的體積分數(shù)33.3%．由圖知壓強P₁小于P₂（填“大于”“小于”或“等于”），理由是相同溫度下，壓強增大，H₂S分解反應逆向進行，所以P₁小于P₂．
②電化學法制取氫氣的原理如圖2，請寫出反應池中發(fā)生反應的離子方程式H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺，惰性電極a上發(fā)生的電極反應式為2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

Answer 1

分析 （1）若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO．則為了維持熱平衡，所以每生產(chǎn)1molCaC₂，則投料的量為：1molCaO、而投入碳的量為：3mol+$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$=7.2mol，氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$×$\frac{1}{2}$=2.1mol，2.1mol氧氣化合價降低8.4，1molCaC₂化合物價降低2.0，共降低價數(shù)為10.4mol；
（2）由反應，①CaO（s）+C（s）?Ca（g）+CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1；②Ca（g）+2C（s）?CaC₂（s）△H₂=b kJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律，目標反應的反應熱為：①×2-②得△H₃=（2a-b）kJ•mol^-1，K₁=$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$；
（3）①根據(jù)三步法列出起始、變化和平衡時的物質(zhì)的量，再根據(jù)氣體的體積分數(shù)等于氣體的物質(zhì)的量分數(shù)計算；相同溫度下，壓強增大，H₂S分解反應逆向進行，所以P₁小于P₂；
②反應池中H₂S與S₂O₈^2-發(fā)生氧化還原反應；電解池中硫酸根離子失去電子，氫離子得到電子，以此來解答．

解答 解：（1）若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO．則為了維持熱平衡，所以每生產(chǎn)1molCaC₂，則投料的量為：1molCaO、而投入碳的量為：3mol+$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$=7.2mol，氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{464.1kJ}{110.5kJ•mo{l}^{-1}}$×$\frac{1}{2}$=2.1mol，2.1mol氧氣化合價降低8.4，1molCaC₂化合物價降低2.0，共降低價數(shù)為10.4mol，故答案為：10.4；
（2）由反應，①CaO（s）+C（s）?Ca（g）+CO（g）△H₁=a kJ•mol^-1；②Ca（g）+2C（s）?CaC₂（s）△H₂=b kJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律，目標反應=①×2-②，K1=$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$；反應熱c=（2a-b）kJ•mol^-1，
故答案為：$\sqrt{{K}_{2}{K}_{3}}$；（2a-b）；
（3）①H₂S起始濃物質(zhì)的量為2mol，測定H₂S的轉(zhuǎn)化率，T1時H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，則
   H₂S（g）?H₂（g）+1/2S₂（g）
開始 2      0         0
轉(zhuǎn)化0.8     0.8      0.4
平衡1.2     0.8      0.4
根據(jù)氣體的體積分數(shù)等于氣體的物質(zhì)的量分數(shù)，P₁時平衡體系中H₂的體積分數(shù)=$\frac{0.8}{1.2+0.8+0.4}$=33.3%；
相同溫度下，壓強增大，H₂S分解反應逆向進行，所以P₁小于P₂；
故答案為：33.3%；小于；相同溫度下，壓強增大，H₂S分解反應逆向進行，所以P₁小于P₂；
②反應池中H₂S與S₂O₈^2-發(fā)生氧化還原反應，離子方程式為H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺；電解池中硫酸根離子失去電子生成S₂O₈^2-，2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，
故答案為：H₂S+S₂O₈^2-=S↓+2SO₄^2-+2H⁺；2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

點評 本題考查學生化學平衡常數(shù)、蓋斯定律、化學平衡移動的影響和化學方程式的書寫及計算方面的知識，綜合性強，難度較大．