Question

【題目】硫化氫俗稱“臭蛋氣”，是一種無色具有臭雞蛋氣味的劇毒氣體，由含硫物質(zhì)分解而來，屬于常見的酸性有害氣體中的一種。研究硫化氫的利用及污染的防治很有意義。

(1)已知下列反應的熱化學方程式：

①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-1123.6kJ·mol-1

②S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ·mol-1

寫出H2S分解為單質(zhì)硫(用S表示)和H2的熱化學方程式：___。

(2)H2S在一定條件下發(fā)生如下形式的分解：2H2S(g)S2(g)+2H2(g)，利用該反應可制備H2和硫磺。在2.0L的恒容密閉容器中充入0.1molH2S發(fā)生上述反應，不同溫度下測得H2S的轉(zhuǎn)化率與時間的關(guān)系如圖所示。

①溫度升高時，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量減小的原因是___。

②P點時容器內(nèi)氣體壓強與起始時氣體壓強之比為___。

③1050℃時，此反應的平衡常數(shù)___(填序號)。

a.等于3.125×10-4 b.大于3.125×10-4

c.小于3.125×10-4 d.無法判斷

(3)科學家設計出質(zhì)子膜H2S燃料電池，實現(xiàn)了利用H2S廢氣資源回收能量并得到單質(zhì)硫。質(zhì)子膜H2S燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示：

①電極a上發(fā)生反應的電極反應式為___。

②當有1molH+經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)時，反應消耗H2S的體積為___L(標準狀況下)。

Answer 1

【答案】H2S(g)=S(s)+H2(g) ΔH=+20kJ·mol-1 該反應是吸熱反應，溫度升高時，平衡正向移動，氣體的物質(zhì)的量增加，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量減小 11∶10 b 2H2S-4e-=S2+4H+ 11.2

【解析】

(2)據(jù)圖可知溫度升高H2S的轉(zhuǎn)化率增大，說明升高溫度平衡正向移動，該反應的正反應為吸熱反應；

(3)據(jù)圖可知該裝置中H2S轉(zhuǎn)化為S2發(fā)生氧化反應，O2轉(zhuǎn)化為H2O發(fā)生還原反應，所以電極a為負極，電極b為正極。

(1)H2S分解為單質(zhì)硫(用S表示)和H2的熱化學方程式為H2S(g)= S(s)+H2(g)ΔH；

已知①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-1123.6kJ·mol-1

②S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律(①-②×2-③)可得ΔH=[-1123.6kJ·mol-1-2×(-296kJ·mol-1)-(-571.6kJ·mol-1)]= +20kJ·mol-1；

(2)①該反應是吸熱反應，溫度升高時，平衡正向移動，氣體的物質(zhì)的量增加，但總質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量減��；

②P點時H2S的轉(zhuǎn)化率為20%，起始投料為0.1molH2S，則列三段式有：

；

所以P點氣體總物質(zhì)的量為(0.08mol+0.01mol+0.02mol)=0.11mol，恒容容器中氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比，所以P點時容器內(nèi)氣體壓強與起始時氣體壓強之比為0.11:0.1=11:10；

③容器體積為2L，所以P點H2S、S2、H2的濃度分別為0.04mol/L、0.005mol/L、0.01mol/L，則該點的濃度商為= 3.125×10-4，而此時反應還要正向移動，所以950℃時該反應的平衡常數(shù)大于3.125×10-4，而該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡常數(shù)增大，所以1050℃時，此反應的平衡常數(shù)大于3.125×10-4，所以選b；

(3)①電極a為負極，H2S被氧化生成S2同時產(chǎn)生氫離子，電極反應式為2H2S-4e-=S2+4H+；

②根據(jù)電極反應式可知，當有1molH+經(jīng)質(zhì)子膜進入正極時，消耗0.5molH2S，標況下的體積為0.5mol×22.4L/mol=11.2L。