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“Cu²⁺一沉淀氧化”法脱除H₂S。该法包括生成CuS沉淀，氧化CuS(Cu²⁺+CuS+4Cl^—=S+2CuCl₂^—)及空气氧化CuCl₂^—再生Cu²⁺。

①反应H₂S(aq)+Cu²⁺(aq)⇌CuS(s)+2H⁺(aq)的K=__________

②再生Cu²⁺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33.6 m³(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=-285.8kJ∙mol^-1

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

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

则以Claus法脱除H₂S的反应：2H₂S(g)+SO₂ (g)=3S(s)+2H₂O(1)  △H=________kJ/mol。

(4)101 kPa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HpS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____；S₂(g)的分压为____kPa；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++2 H2O+8Cl- 4.8 -233.6 AB 50% 20.2 kPa 20.2 kPa

【解析】

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

②空气氧化CuCl2—再生Cu2+；

(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，Ⅰ×2-Ⅱ×2-Ⅲ即可得到目标反应的焓变，即△H=2∆H1-2∆H2-∆H3；

(4)①A.平衡常数只受温度影响，根据图像，随着温度升高，H2S 的体积分数减少，硫和氢气的体积分数增大，反应向正向进行，则Kp随温度的升高而增大；

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，相当于增大容器体积，平衡向气体体积增大的方向移动，即向正向移动，则v(正>v(逆)；

D.在恒容密闭容器中进行反应，容器体积不变，反应过程中气体总质量不变，气体密度始终保持不变，则密度不再变化不能判断作为判断反应达到平衡状态的依据；

②图中Q点时，硫化氢的体积分数与氢气的体积分数相等，设硫化氢转化率为x，硫化氢初始物质的量为1mol，则利用三段式计算解答。

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

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-；

(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，则可得关系：5H2S~ 5HS-~8NO3-，则消耗NO3—的物质的量==4.8mol；

(3)根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ×2-Ⅲ即可得到目标反应的焓变，即△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；

(4)①A.平衡常数只受温度影响，根据图像，随着温度升高，H2S 的体积分数减少，硫化氢气的体积分数增大，反应向正向进行，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，则降低压强低压有利于提高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，即向正向移动，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，反应过程中气体总质量不变，气体密度始终保持不变，则密度不再变化不能判断作为判断反应达到平衡状态的依据，故D错误；

故答案选AB；

②图中Q点时，硫化氢的体积分数与氢气的体积分数相等，设硫化氢转化率为x，硫化氢初始物质的量为1mol，则利用三段式：。

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