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)已知：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的混合溶液中通入H₂S，当Sn^2＋开始沉淀时，溶液中c(Cd^2＋)＝________(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)　ΔH＝＋7 kJ·mol^－1；

ⅱ.CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH＝－42 kJ·mol^－1。

(4)已知：断裂1 mol分子中的化学键所需吸收的能量如表所示。

分子	COS(g)	H2(g)	CO(g)	H2S(g)	H2O(g)	CO2(g)
能量/(kJ·mol^－^1)	1 319	442	x	678	930	1 606

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＋3CH44H2S＋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）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，从元素角度考虑，这两种氧化物为CO2和H2O，反应产生H2S；

II．（2）H2S的第一步电离产生H+和HS-，是不完全电离；

（3）根据溶度积常数计算；

III．（4）根据盖斯定律计算，△H=反应物总键能-生成物总键能；

（5）①根据方程式和图象分析，升高温度，CO的平衡体积分数增大，升高温度使化学反应平衡向吸热方向进行；

②T1℃时，测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80mol，此时CO的平衡体积分数为5%，根据方程式计算COS的平衡转化率，将各组分平衡浓度代入平衡常数表达式计算反应i的平衡常数。

I．（1）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，从元素角度考虑，这两种氧化物为CO2和H2O，反应产生H2S，则该反应的化学方程式为：4SO2+3CH44H2S+3CO2+2H2O；

II．（2）H2S的第一步电离产生H+和HS-，是不完全电离，则H2S的第一步电离方程式为：H2S⇌H++HS-；

（3）向浓度均为0.1mol/L的CdCl2和SnCl2的混合溶液中通入H2S，当Sn2+开始沉淀时，溶液中c（S2-）===1.0×10-24mol/L，则溶液中c（Cd2+）===8.0×10-3mol/L；

III．（4）根据反应i：COS（g）+H2（g）⇌H2S（g）+CO（g）△H=+7kJ/mol，根据盖斯定律，△H=1319+442-678-x=7，可得x=1076；

（5）①根据方程式和图象分析，升高温度，CO的平衡体积分数增大，升高温度使化学反应平衡向吸热方向进行，反应i为吸热反应，升高温度，化学平衡向正反应方向进行，CO的体积分数增大，反应ii为放热反应，升高温度化学平衡向逆反应方向移动，CO的体积分数增大，综合两个反应考虑，CO的体积分数随着温度升高而增大；

②T1℃时，测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80mol，此时CO的平衡体积分数为5%，反应起始时，向10L容积不变的密闭容器中充入1mol COS（g）、1mol H2（g）和1mol H2O（g），则COS的平衡转化率为α=×100%=20%；

反应i的方程式：

COS（g）+H2（g）⇌H2S（g）+CO（g）

起始（mol） 1 1 0 0

转化（mol） 0.2 0.2 0.2 0.2

平衡（mol） 0.8 0.8 0.2 0.2

反应ii的方程式：

CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）

起始（mol） 0.2 1 0 0.8

转化（mol） x x x x

平衡（mol） 0.2-x 1-x x 0.8+x

CO的平衡体积分数为5%，则0.2-x=3×5%，可得x=0.05，则平衡时c（COS）==0.08mol/L，c（H2）=mol/L=0.085mol/L，c（H2S）==0.02mol/L，c（CO）=mol/L=0.015mol/L，因此反应i的化学平衡常数为K1===0.044。