Question

利用化石燃料开采、加工过程产生的H₂S废气制取氢气，既价廉又环保。

（1）工业上可用组成为K₂O·M₂O₃·2RO₂·nH₂O的无机材料纯化制取的氢气。

①已知元素M、R均位于元素周期表中第三周期，两种元素原子的质子数之和为27，则R的原子结构示意图为________。

②常温下，不能与M单质发生反应的是________（填序号）。

a．CuSO₄溶液    b．Fe₂O₃    c．浓硫酸    d．NaOH溶液    e．Na₂CO₃固体

（2）利用H₂S废气制取氢气的方法有多种。

①高温热分解法

已知：H₂S（g）H₂（g）＋S₂（g）

在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S分解实验。以H₂S起始浓度均为c mol·L^－1测定H₂S的转化率，结果见下图。图中a为H₂S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率。据图计算985℃时H₂S按上述反应分解的平衡常数K＝________；说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：____________________________________。

②电化学法

该法制氢过程的示意图如下。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是______________________________；

反应池中发生反应的化学方程式为____________________。反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为_______________。

Answer

（1）① ②b、c

（2）① 温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短（或其他合理答案）

②增大反应物接触面积，使反应更充分 H2S＋2FeCl3=2FeCl2＋S↓＋2HCl 2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑

点拨：知识：元素推断、元素化合物性质、平衡常数、电解时离子方程式的书写。能力：读图能力、计算能力、分析问题并解决问题能力、知识的灵活运用能力。试题难度：中等。

【解析】运用无机材料的化学式推断元素的化合价，是解决（1）小题的突破口。

①根据元素M、R均位于第三周期，且质子数之和为27，无机材料中M的化合价为＋3，R的化合价为＋4，可得M、R分别为Al、Si，则R的原子结构示意图为；铝与三氧化二铁只能在高温下反应；铝与碳酸钠固体在常温下不反应；铝与硫酸铜溶液在常温下发生置换反应；常温下铝在浓硫酸中形成致密的氧化膜（钝化）；铝与氢氧化钠溶液反应放出氢气。

（2）①由图知，985℃时H2S的平衡转化率为40%，则：

H2S（g）H2（g）＋S2（g）

起始时浓度（mol·L－1） c 0 0

平衡时浓度（mol·L－1） 0.6c 0.4c 0.2c

则K＝＝＝

b曲线表示未达到平衡时H2S的转化率，温度越高，b曲线上的转化率越接近平衡值，原因是温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短。

②采用气、液逆流方式的目的是增大反应物接触面积，使反应更充分。反应池内发生反应的化学方程式为H2S＋2FeCl3=2FeCl2＋S↓＋2HCl。进入电解池的物质应为FeCl2和HCl，根据电解池图示，左侧生成的为Fe3＋，右侧生成的为H2，则可得总反应的离子方程式：2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑。