Question

H₂S在金属离子的鉴定分析、煤化工等领域都有重要应用。请回答：

I.工业上一种制备H₂S的方法是在催化剂、高温条件下，用天然气与SO₂反应，同时生成两种能参与大气循环的氧化物。

(1)该反应的化学方程式为________________________。

II.H₂S可用于检测和沉淀金属阳离子。

(2)H₂S的第一步电离方程式为____________。

(3)己知：25℃时，K_sp(SnS)=1.0×10^-25，K_sp(CdS)=8.0×10^-27，该温度下，向浓度均为0.1 mol·L^-1的CdCl₂和SnCl₂的混合溶液中通人H₂S，当Sn²⁺开始沉淀时，溶液中c(Cd²⁺)=_________(溶液体积变化忽略不计）。

Ⅲ.H₂S是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体。反应原理为

ⅰ.COS(g)+H₂(g)H₂S(g)+CO(g)    △H=+7 kJ·mol^-1；

ⅱ.CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)   △H =-42 kJ·mol^-1 ；

(4)己知：断裂1 mol分子中的化学键所需吸收的能量如下表所示。

分子	COS(g)	H2(g)	CO(g)	H2S(g)	H2O(g)	CO2(g)
能量/ kJ·mol^-1	1319	442	x	678	-930	1606

表中x=___________。

(5)向10 L容积不变的密闭容器中充入1 mol COS(g)、1 mol H₂(g)和1 mol H₂O(g),进行上述两个反应。其他条件不变时，体系内CO的平衡体积分数与温度（T)的关系如图所示。

①随着温度升高,CO的平衡体积分数____________(填“增大”或“减小”），原因为_______________。

②T₁℃时，测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80 mol。则该温度下,COS的平衡转化率为_________；反应i的平衡常数为____________(保留两位有效数字)。

Answer

4SO2+3CH4 4H2S+3CO2+2H2O H2SH ++HS- 8.0×10-3mol·L-1 1076 增大 反应I为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO的平衡体积分数增大；反应II为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡体积分数也增大。 20% 0.044

【解析】I．(1) 天然气与SO2反应，可制备H2S，同时生成两种能参与大气循环的氧化物应为H2O和CO2，则该反应的化学方程式为4SO2+3CH4 4H2S+3CO2+2H2O；

II．(2) H2S是二元弱酸，在溶液中分步电离，第一步电离方程式为H2SH ++HS- ；

(3) 当Sn2+开始沉淀时，根据Ksp(SnS)=c(Sn2+)×c(S2-)=1.0×10-25，可知此时溶液中c(S2-)=1.0×10-25÷0.1=1.0×10-24mol·L-1，则溶液中c(Cd2+)=Ksp(CdS)÷c(S2-)=8.0×10-27÷1.0×10-24mol·L-1=8.0×10-3mol·L-1 ；

Ⅲ．(4)已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H =-42 kJ·mol-1，则△H=(xkJ·mol-1+930kJ·mol-1)-(1606 kJ·mol-1+442 kJ·mol-1)=-42 kJ·mol-1，解得x=1076 kJ·mol-1；

(5)①由图示可知随着温度升高，CO的平衡体积分数增大，原因为反应I为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO的平衡体积分数增大；反应II为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡体积分数也增大。；

②平衡时COS的转化率为×100%=20%；

COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)

起始物质的量(mol) 1 1 0 0

变化物质的量(mol ) 0.2 0.2 0.2 0.2

平衡物质的量(mol) 0.8 0.8 0.2 0.2

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始物质的量(mol) 0.2 1 0 0.8

变化物质的量(mol ) x x x x

平衡物质的量(mol) 0.2-x 1-x x 0.8+x

此时CO的体积分数为5%，即0.2-x=3×5%，解得x=0.05，则平衡时COS的物质的量为0.8mol，H2的物质的量为0.85mol，CO的物质的量为0.15mol，H2S的物质的量为0.2mol，则T1℃时，反应i的平衡常数为==0.044。