Question

19．硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題．由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法．
（1）用脫硫劑ZDE-01的海綿鐵法脫硫，可實現(xiàn)常溫脫硫
①脫硫：Fe₂O₃•H₂O（s）+3H₂S（g）=Fe₂S₃•H₂O（s）+3H₂O（g）△H=-akJ/mol
②再生：2Fe₂S₃•H₂O（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃•H₂O（s）+6S（s）△H=-bkJ/mol
則2H₂S（g）+O₂（g）=2H₂O（g）+2S（s）△H=-$\frac{（2a+b）}{3}$kJ/mol（用a、b表示）
（2）H₂S在高溫下分解生成硫蒸氣和H ₂．若反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時，混合氣體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如圖所示，
①H ₂ S在高溫下分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）．
②據(jù)圖1計算；若1400℃時，VL恒容容器中加入amol的H₂S，則該條件下的平衡常數(shù)可表示為$\frac{a}{4V}$mol•L^-1
（3）H₂S的廢氣可用燒堿溶液吸收，將燒堿吸收H₂S后的溶液加入到如圖2所示的電解池的陽極區(qū)進(jìn)行電解
①寫出電解時陰極的電極反應(yīng)式：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-．
②Na₂S溶液中離子濃度由大到小順序：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞C（H⁺）
（4）H₂S氣體溶于水形成的氫硫酸是一種二元弱酸，25℃時，在0.10mol•L^-1 H₂S溶液中，通入HCl氣體或加入NaOH固體以調(diào)節(jié)溶液pH，溶液pH與c（S^2-）關(guān)系如圖3所示（忽略溶液體積的變化、H₂S的揮發(fā)）．
①pH=13時，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043mol•L^-1．
②某溶液含0.020mol•L^-1Mn²⁺、0.10mol•L^-1H₂S，當(dāng)溶液pH=5時，Mn²⁺開始沉淀．

Answer 1

分析 （1）①將已知方程式變形：$\frac{①×2-②}{3}$得目標(biāo)方程式：2H₂S（g）+O₂（g）=2H₂O（g）+2S（s），依據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；
（2）①依據(jù)題干可知：H₂S在高溫下分解生成氫氣、S，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)可知反應(yīng)為可逆反應(yīng)，依據(jù)原子個數(shù)、得失電子數(shù)守恒書寫方程式；
②依據(jù)圖表中達(dá)到平衡時各物質(zhì)的百分含量，列三段計算反應(yīng)平衡常數(shù)；
（3）①電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，圖中陰極區(qū)為氫氧化鈉溶液，則水電離產(chǎn)生的氫離子得到電子生成氫氣，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
②硫化鈉為強(qiáng)堿弱酸鹽，硫離子水解而使其溶液呈堿性，硫離子有兩步水解，第一步水解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二步；
（4）①pH=13時，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根據(jù)硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②當(dāng)Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，由此求出硫離子的濃度，結(jié)合圖象得出此時的pH；

解答 解：（1）已知①脫硫：Fe₂O₃•H₂O（s）+3H₂S（g）=Fe₂S₃•H₂O（s）+3H₂O（g）△H=-akJ/mol
②再生：2Fe₂S₃•H₂O（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃•H₂O（s）+6S（s）△H=-bkJ/mol
則得到2H₂S（g）+O₂（g）=2H₂O（g）+2S（s），依據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)的焓變?yōu)椋?$\frac{（2a+b）}{3}$ kJ/mol；
故答案為：-$\frac{（2a+b）}{3}$ kJ/mol；
（2）①依據(jù)題干可知：H₂S在高溫下分解生成氫氣、S，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)可知反應(yīng)為可逆反應(yīng)依據(jù)原子個數(shù)、得失電子數(shù)守恒可知反應(yīng)的方程式：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）；
故答案為：2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）；
②據(jù)圖1計算；若1400℃時，VL恒容容器中加入amol的H₂S，達(dá)到平衡時，硫化氫、氫氣體積分?jǐn)?shù)為40%，S₂（g）的體積分?jǐn)?shù)為：20%，設(shè)生成的S₂（g）物質(zhì)的量為xmol，則：
2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）
  a                    0           0
 2x                  2x           x
a-2x                 2x           x
達(dá)到平衡時，硫化氫、氫氣體積分?jǐn)?shù)相等，即a-2x=2x，解得x=$\frac{a}{4}$；
則平衡時，H₂S物質(zhì)的量濃度為：$\frac{a}{2V}$mol/L，H₂物質(zhì)的量濃度為：$\frac{a}{2V}$mol/L，S₂物質(zhì)的量濃度為：$\frac{a}{4V}$mol/L，
則反應(yīng)平衡常數(shù)為：$\frac{\frac{a}{4V}×\frac{a}{2V}×\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×\frac{a}{2V}}$=$\frac{a}{4V}$；
故答案為：$\frac{a}{4V}$；

（3）①電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，圖中陰極區(qū)為氫氧化鈉溶液，則水電離產(chǎn)生的氫離子得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)式：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
故答案為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
②硫化鈉為強(qiáng)堿弱酸鹽，硫離子易水解而使其溶液呈堿性，硫離子第一步水解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二步，溶液中氫氧根離子來源于水的電離和硫離子水解，硫氫根離子只來源于硫離子水解，但硫離子的水解能力較小，所以溶液中離子濃度大小順序是c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞C（H⁺）；
故答案為：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞C（H⁺）；
（4））①根據(jù)溶液pH與c（S^2-）關(guān)系圖pH=13時，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根據(jù)硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案為：0.043；
②當(dāng)Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{Ksp（MnS）}{c（M{n}^{2}{\;}^{+}）}$=$\frac{2.8×10{\;}^{-13}}{0.020}$mol/L=1.4×10^-11mol/L，結(jié)合圖象得出此時的pH=5，所以pH=5時錳離子開始沉淀，
故答案為：5．

點評 本題為綜合題，考查了反應(yīng)熱的計算、方程式的書寫、化學(xué)平衡常數(shù)的計算、離子濃度大小的比較、電極反應(yīng)式的書寫、pH值的計算，題目綜合性強(qiáng)，難度較大，熟悉蓋斯定律計算反應(yīng)熱的方法、化學(xué)平衡常數(shù)的計算、電解池原理、鹽類水解的規(guī)律是解題關(guān)鍵．