Question

【題目】利用化石燃料開采、加工過程產生的H2S 廢氣制取氫氣，既價廉又環保。

(1)工業上可用組成為K2O·M2O3·2RO2·nH2O的無機材料純化制取的氫氣。

①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期，兩種元素原子的質子數之和為27，則R的原子結構示意圖為____________；

②常溫下，不能與M單質發生反應的是____________(填序號)；

a．CuSO4溶液　 b．Fe2O3 　 c．濃硫酸 d．NaOH溶液　 e．Na2CO3固體

(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。曲線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過相同時間且未達到化學平衡時H2S的轉化率。根據圖像回答下列問題：

i 計算 985 ℃時H2S按上述反應分解的平衡常數 K＝________；

ii 說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：________________________________；

②電化學法

i該法制氫過程如圖。反應池中反應物的流向采用氣、液逆流方式，其目的是____________；

ii反應池中發生反應的化學方程式為____________；

iii反應后的溶液進入電解池，電解總反應的離子方程式為_________________。

Answer 1

【答案】b、e (mol/L)1/2溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需的時間縮短(或其他合理答案)增大反應物接觸面積，使反應更充分H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑

【解析】

（1）①無機材料K2O·M2O3·2RO2·nH2O中鉀顯+1價，氧顯-2價，氫顯+1價，則M顯+3價，R顯+4價；M、R為第3周期主族元素，質子數之和為27，則M、R原子的質子數分別為13、14，M、R分別是鋁、硅，硅原子的結構示意圖為。

②由金屬活動性順序可得，鋁比銅活潑，則鋁與硫酸銅溶液可以發生置換反應，反應方程式為：2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu，故a項不符合題意；

鋁與氧化鐵在高溫下才能發生鋁熱反應，常溫下不能反應，故b項符合題意；

濃硫酸具有強氧化性，常溫下能使鋁鈍化，鋁表面生成一層致密的保護膜，鈍化是化學變化，故c項不符合題意；

氫氧化鈉是強堿，鋁單質與NaOH溶液容易反應，放出氣體，故d項不符合題意；

常溫下鋁不能與碳酸鈉固體反應，故e項符合題意，

綜上所述，正確答案為b、e。

（2）①H2S起始濃度均為c mol·L－1，985 ℃時H2S的平衡轉化率為40%，則H2S的變化濃度為0.4c mol·L－1，則：

H2S(g) H2(g)＋S2(g)

起始濃度/ mol·L－1 c 00

變化濃度/ mol·L－1 0.4c 0.4c0.2c

平衡濃度/ mol·L－1 0.6c 0.4c0.2c

K=== (mol/L)1/2 ，

溫度逐漸升高，H2S分解的反應速率加快，達到平衡的時間縮短，在一定的時間內能更快的達到平衡，在圖像上表現出來就是b漸漸向a逼近。

因此，本題正確答案為： (mol/L)1/2；溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需的時間縮短；

②由圖可知，H2S氣體從反應池底部通入，FeCl3溶液從反應池頂部噴下，這種采用氣液逆流方式加入反應物的主要目的是增大反應物接觸面積，使反應更充分；

由圖可知，H2S中S被氧化，而FeCl3被還原為FeCl2，配平可得：H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl；反應池中反應后溶液中主要成分是FeCl2、HCl，電解池中含有的Fe2+被氧化為Fe3+，H+被還原為H2，電解總反應的離子方程式：2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑，

因此，本題正確答案為：增大反應物接觸面積，使反應更充分；H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl；2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑。