Question

【題目】利用含H2S的廢氣可回收硫，既可以保護(hù)環(huán)境又可資源化利用。回答下列問題：

(1)將H2S直接分解回收硫的同時(shí)得到氡能源的技術(shù)具有發(fā)展遠(yuǎn)景。起始時(shí)在反應(yīng)器中充入一定量的H2S，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)，H2S熱分解溫度與平衡時(shí)氣體組成如圖所示：

①反應(yīng)2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的△H=___________0(填“>”或“<”)

②圖中A點(diǎn)H2S的分解率為___________(保留3位有效數(shù)字)

③若B點(diǎn)容器內(nèi)氣體總壓為PPa，則此時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Ka=___________Pa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，列出含P的代數(shù)式)。

(2)Fe3+溶液脫除H2S的原理如圖所示：

①吸收塔中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。

②電解槽中再生FeCl3的原理是(結(jié)合方程式說明)___________。

③電解槽中的“交換膜”為___________(填“陰離子”“陽離子”或“質(zhì)子”)交換膜。

(3)H2S和空氣按一定流速通入酸性FeCl3溶液，可實(shí)現(xiàn)空氣脫硫得到單質(zhì)硫。FeCl3溶液吸收H2S過程中，溶液中的n(Fe3+)、被吸收的n(H2S)隨時(shí)間t的變化如圖。

①t1以后，溶液中n(Fe3+)保持基本不變，原因是___________。

②t1以后的溶液中總反應(yīng)方程式可以表示為___________。

Answer 1

【答案】> 66.7% P 2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl 陽極發(fā)生電極反應(yīng)Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生 質(zhì)子 t1以后溶液中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)速率相等時(shí)，溶液中n(Fe3+)保持基本不變 2H2S+ O22 S↓+2H2O

【解析】

(1)①升溫平衡正向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H>0；

②圖中A點(diǎn)n(H2S)=n(S2)，列出三段式，找出平衡時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化量，根據(jù)分解率計(jì)算公式計(jì)算；

③圖中A點(diǎn)n(H2S)=n(H2)，列出三段式，找出平衡時(shí)各組分的分壓，再根據(jù)Ka=計(jì)算；

(2)①由圖可知，吸收塔中FeCl3和H2S反應(yīng)生成FeCl2、S和HCl；

②通過電解將FeCl2轉(zhuǎn)化為FeCl3，其原理是陽極發(fā)生電極反應(yīng)Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生；

③電解時(shí)進(jìn)入陽極室的H+要在陰極得電子，所以“交換膜”為質(zhì)子交換膜。

(3) ①由圖可知，t1前n(Fe3+)迅速減小、被吸收的n(H2S)顯著增加，發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；t1以后溶液中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)速率相等時(shí)，溶液中n(Fe3+)保持基本不變；

②t1以后Fe3+起催化作用，總反應(yīng)方程式可以表示為2H2S+ O22 S↓+2H2O。

(1)①由圖可知，隨著溫度升高，混合物中H2S的含量減少，H2和S2的含量增加，說明升溫平衡正向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H>0，

②圖中A點(diǎn)n(H2S)=n(S2)，設(shè)起始時(shí)有1mol H2S，A點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)有2x mol H2S發(fā)生分解，則：

2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)

起始量 1 0 0

轉(zhuǎn)化量 2x 2x x

平衡量 1-2x 2x x

1-2x=x，解得：x=，

H2S的分解率為×100%= 66.7%，

③圖中A點(diǎn)n(H2S)=n(H2)，設(shè)起始時(shí)有1mol H2S，A點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)有2y mol H2S發(fā)生分解，則:

2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)

起始量 1 0 0

轉(zhuǎn)化量 2y 2y y

平衡量 1-2y 2y y

1-2y=2y，解得：y=，H2S、H2和S2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為：0.4、0.4和0.2，

平衡常數(shù)Ka===0.2Pa=P。

因此，本題正確答案是：> ；66.7%；P。

(2)①由圖可知，吸收塔中FeCl3和H2S反應(yīng)生成FeCl2、S和HCl，化學(xué)方程式為2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；

②通過電解將FeCl2轉(zhuǎn)化為FeCl3，其原理是陽極發(fā)生電極反應(yīng)Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生；

③電解時(shí)進(jìn)入陽極室的H+要在陰極得電子，所以“交換膜”為質(zhì)子交換膜；

因此，本題正確答案是：2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；陽極發(fā)生電極反應(yīng)Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生；質(zhì)子。

(3) ①由圖可知，t1前n(Fe3+)迅速減小、被吸收的n(H2S)顯著增加，發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；t1以后溶液中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)速率相等時(shí)，溶液中n(Fe3+)保持基本不變；

②t1以后Fe3+起催化作用，總反應(yīng)方程式可以表示為2H2S+ O22 S↓+2H2O，

因此，本題正確答案是：t1以后溶液中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)速率相等時(shí)，溶液中n(Fe3+)保持基本不變；2H2S+ O22 S↓+2H2O。