Question

16．硫化氫在科研、生活及化學工業(yè)中均有重要應用．
（1）已知：H₂S電離常數(shù)：K₁=1.3×10^-7，K₂=7.0×10 ^-15，在廢水處理領域中，H₂S能使某些金屬離子生成難溶硫化物而除去．250C時，0.1mol．L^-1H₂S溶液pH為（取近似整數(shù)）4；向含有0.020mol．L^-lMn²⁺的廢水中通入一定量H₂S氣體，調節(jié)溶液的pH=5，當HS^-濃度為1.0×10^-4mol•L^一1時，Mn²⁺開始沉淀，則MnS的溶度積為2.8×10^-13．
（2）工業(yè)上采用高溫分解H₂S制取氫氣，在膜反應器中分離出H₂．其反應為
2H₂S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）△H₁
已知：H₂S（g）?H₂（g）+S（g）△H₂    2S（g）?S₂ （g）△H₃
則△H₁=（用含△H₂、△H₃式子表示）
（3）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，結果如圖1所示．圖中a曲線表示H₂S的平衡轉化率與溫度的關系，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．由圖可知：2H₂ S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）△H₁＞0（填“＞”、“＜”或
“=”）；在985℃時，該反應經(jīng)過時間t s達到平衡狀態(tài)，反應速率v（H₂）為$\frac{0.4c}{t}$，反應的平衡常數(shù)K為$\frac{0.8c}{9}$；H₂S分解隨溫度升高，曲線b向曲線a逼近的原因是反應速率加快，達到平衡所需時間縮短．

（4）H₂S廢氣可用足量燒堿溶液吸收，將吸收后的溶液加入如圖2所示電解池中進行電解，在陽極區(qū)可生成S_n^2-．試寫出生成S_n^2-的反應方程式（n-1）S+S^2-═S_n^2-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Ka表達式結合電離平衡常數(shù)進行計算；當Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，由此求出硫離子的濃度，結合此時的pH，以及Ksp=c（Mn²⁺）•c（S^2-）進行計算；
（2）已知：H₂S（g）?H₂（g）+S（g）△H₂    2S（g）?S₂ （g）△H₃，利用蓋斯定律來計算2H₂S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）的△H₁；
（3）根據(jù)溫度升高，轉化率增大，可知平衡正移，據(jù)此分析；根據(jù)轉化率求出反應的量，再求反應速率；根據(jù)溫度對速率的影響分析；
（4）陰極上氫離子放電生成氫氣，陽極上硫離子放電，電極反應式為S^2--2e^-═S；S_n^2-和氫離子反應生成S單質，S元素失電子發(fā)生氧化反應，同時S元素得電子生成H₂S，根據(jù)電解原理來回答．

解答 解：（1）已知：H₂S電離常數(shù)：K₁=1.3×10^-7，250C時，0.1mol．L^-1H₂S溶液中，設氫離子濃度是x，根據(jù)H₂S?2H⁺+HS^-，則：$\frac{{x}^{2}}{0.1}$=1.3×10^-7，解得x=$\sqrt{1.3}$×10^-4，所以pH≈4，當Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，調節(jié)溶液的pH=5，H₂S電離常數(shù)：K₂=7.0×10^-15，當HS^-濃度為1.0×10^-4mol•L^-1時，c（S^2-）=7×10^-12mol•L^-1，
所以Ksp=c（Mn²⁺）•c（S^2-）=7×10^-12mol•L^-1×0.020mol．L^-1=2.8×10^-13，故答案為：4；2.8×10^-13；
（2）已知：①H₂S（g）?H₂（g）+S（g）△H₂
②2S（g）?S₂ （g）△H₃
反應：2H₂S（g）?2H₂ （g）+S₂ （g）可以根據(jù)①×2+②得到，所以△H₁=2△H₂+△H₃，故答案為：△H₁=2△H₂+△H₃；
（3）由圖象可知，溫度升高，轉化率增大，則平衡正移，所以正方向為吸熱方向，即△H＞0，H₂S的起始濃度均為c mol•L^-1，若985℃時，反應經(jīng)t min達到平衡，此時H₂S的轉化率為40%，則參加反應的硫化氫為c mol•L^-1×40%=0.4cmol•L^-1，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.4c}{t}$mol•L^-1•min^-1；以H₂S起始濃度均為cmol•L^-1測定H₂S的轉化率，985℃時H₂S的轉化率為40%，則
     2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g），
開始 c           0       0
轉化 0.4c        0.4c    0.2c
平衡0.6c         0.4c     0.2c
K=$\frac{0.2c×（0.4c）^{2}}{（0.6c）^{2}}$=$\frac{0.8c}{9}$；隨著溫度升高，反應速率逐漸加快，達到平衡所需時間縮短，所以曲線b向曲線a逼近；
故答案為：＞；$\frac{0.4c}{t}$；$\frac{0.8c}{9}$；溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需時間縮短．
（4）電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應：S^2--2e^-═S，溶液中發(fā)生反應（n-1）S+S^2-═S_n^2-，故答案為：（n-1）S+S^2-═S_n^2-．

點評 本題考查了化學平衡及其影響，題目難度中等，明確化學平衡及其影響因素為解答關鍵，注意掌握三段式在化學計算中的應用方法，試題培養(yǎng)了學生分析能力及化學計算能力．