Question

H₂S是存在于燃气中的一种有害气体，脱除H₂S的方法有很多。

(1)国内有学者设计了“Cu^2＋－沉淀有害”法脱除H₂S。该法包括生成CuS沉淀，氧化CuS(Cu^2＋＋CuS＋4Cl^－＝S＋2CuCl₂^－)及空气氧化CuCl₂^－再生Cu^2＋。

①反应H₂S(aq)＋Cu^2＋(aq)CuS(s)＋2H^＋(aq)的K＝___________(写表达式)。

②再生Cu^2＋反应的离子方程式为_____________________。

(2)采用生物脱硫技术时，H₂S与碱反应转化为HS^－，在脱氮硫杆菌参与下，HS^－被NO₃^－氧化为SO₄^2－，NO₃^－被还原为N₂，当33.6m³(标准状况)某燃气(H₂S的含量为0.2%)脱硫时，消耗NO₃^－的物质的量为_________mol。

(3)已知下列热化学方程式：

I.H₂(g)＋O₂(g)＝H₂O(l)  △H₁＝－285.8 kJ·mol^－1

II.H₂(g)＋S(s)＝H₂S(g)    △H₂＝－20.6 kJ·mol^－1

III.S(s)＋O₂(g)＝SO₂(g)    △H₃＝－296.8 kJ·mol^－1

则以Claus法脱除H₂S的反应：2H₂S(g)＋SO₂(g)＝3S(s)＋2H₂O(l)  △H＝______kJ·mol^－1。

(4)101kPa下，H₂S分【解析】
2H₂S(g)2H₂(g)＋S₂(g)。保持压强不变，反应达到平衡时，气体的体积分数(φ)随温度的变化曲线如图：

①在密闭容器中，关于反应2H₂S(g)2H₂(g)＋S₂(g)的说法正确的是_________(填字母)。

A.K_p随温度的升高而增大

B.低压有利于提高H₂S的平衡分解率

C.维持温度、气体总压强不变时，向平衡体系中通入氩气，则v(正)<v(逆)

D.在恒容密闭容器中进行反应，当气体密度不再变化时，反应达到平衡状态

②图中Q点：H₂S的平衡转化率为___________；1330℃时，反应2H₂S(g)2H₂(g)＋S₂(g)的K_p＝________(K_p为以分压表示的平衡常数)。

Answer

4CuCl2-+O2+4H+=4Cu2++2H2O+8Cl- 4.8 -233.6 AB 50% 20.2 kPa

【解析】

(1)①根据平衡常数K=书写表达式；②空气氧化CuCl2-再生Cu2+，根据元素、电荷守恒书写离子方程式；

(2)H2S与碱反应转化为HS-，根据硫原子守恒：H2S～HS-；在脱氮硫杆菌参与下，HS-被NO3-氧化为SO42-、NO3-被还原为N2，发生的离子反应为5HS-+8NO3-+3H+=5SO42-+4N2+4H2O，则可得关系：5H2S～5HS-～8NO3-，根据硫化氢的物质的量进行计算；

(3)根据盖斯定律分析计算；

(4)①根据反应2H2S(g)⇌2H2(g)+S2(g) 为气体体积增大的反应结合平衡常数只受温度影响分析判断；②利用三段式结合Q点时，硫化氢的体积分数与氢气的体积分数相等计算解答。

(1)①根据平衡常数表达式，反应H2S(aq)+Cu2+(aq)⇌CuS(s)+2H+(aq)的平衡常数K=，故答案为：；

②空气中的氧气可氧化CuCl2-生成Cu2+，则离子反应为：4CuCl2-+O2+4H+=4Cu2++2H2O+8Cl-，故答案为：4CuCl2-+O2+4H+=4Cu2++2H2O+8Cl-；

(2)33.6 m3(标准状况)某燃气(H2S的含量为0.2%)中含有硫化氢的物质的量==3mol；H2S与碱反应转化为HS-，根据硫原子守恒：H2S～HS-；在脱氮硫杆菌参与下，HS-被NO3-氧化为SO42-，NO3-被还原为N2，发生的离子反应为5HS-+8NO3-+3H+=5SO42-+4N2+4H2O，可得关系：5H2S～5HS-～8NO3-，则消耗NO3-的物质的量==4.8mol，故答案为：4.8；

(3)I.H2(g)＋O2(g)＝H2O(l) △H1＝－285.8 kJ·mol－1，II.H2(g)＋S(s)＝H2S(g) △H2＝－20.6 kJ·mol－1，III.S(s)＋O2(g)＝SO2(g) △H3＝－296.8 kJ·mol－1，根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ×2-Ⅲ得：2H2S(g)+SO2 (g)=3S(s)+2H2O(1)△H =2△H1-2△H2-△H3=2×(-285.8kJ•mol-1)-2×(-20.6kJ•mol-1)-(-296.8kJ•mol-1)=-233.6kJ•mol-1，2H2S(g)+SO2 (g)=3S(s)+2H2O(1)△H=-233.6 kJ•mol-1，故答案为：-233.6；

(4)①A．平衡常数只受温度影响，根据图象，随着温度升高，H2S 的体积分数减少，硫蒸气和氢气的体积分数增大，反应正向移动，则Kp随温度的升高而增大，故A正确；B．反应2H2S(g)⇌2H2(g)+S2(g)正反应方向为气体体积增大的方向，根据勒夏特列原理，降低压强平衡向体积增大的方向移动，即平衡向正反应方向移动，H2S的平衡分解率增大，则降低压强有利于提高H2S的平衡分解率，故B正确；C．维持温度、气体总压强不变时，向平衡体系中通入氩气，相当于增大容器体积，平衡向气体体积增大的方向移动，即正向移动，则v(正)＞v(逆)，故C错误；D．在恒容密闭容器中进行反应，容器体积不变，反应过程中气体的总质量不变，气体密度始终保持不变，则密度不再变化，不能作为判断反应达到平衡状态的依据，故D错误；故答案为：AB；

②设硫化氢的转化率为x，硫化氢初始物质的量为1mol，则：

图中Q点时，硫化氢的体积分数与氢气的体积分数相等，则=，解得：x=0.5mol，则H2S的平衡转化率为50%；S2(g)的分压为×101 kPa=20.2 kPa，H2(g)的分压= H2S(g)的分压=×101 kPa=40.4 kPa，1330℃时，反应2H2S(g)=2H2(g)+S2(g)的Kp===20.2 kPa，故答案为：50%；20.2 kPa。