Question

H₂S是石油化工行业广泛存在的污染性气体，但同时也是重要的氢源和硫源，工业上可以采取多种方式处理。

Ⅰ．干法脱硫

（1）已知H₂S的燃烧热为akJ∙mol^-1  ，S的燃烧热为bkJ∙mol^-1  ，则常温下空气直接氧化脱除H₂S的反应：2H₂S(g)＋O₂(g)=2S(s)＋2H₂O(l)  △H＝______kJ∙mol^-1  。

（2）常用脱硫剂的脱硫效果及反应条件如下表，最佳脱硫剂为_________。

脱硫剂	出口硫（mg·m^-3）	脱硫温度（℃）	操作压力（MPa）	再生条件
一氧化碳	＜1.33	300～400	0～3.0	蒸气再生
活性炭	＜1.33	常温	0～3.0	蒸气再生
氧化锌	＜1.33	350～400	0～5.0	不再生
锰矿	＜3.99	400	0～2.0	不再生

Ⅱ．热分解法脱硫

在密闭容器中，充入一定量的H₂S气体，发生热分解反应H₂S(g)控制不同的温度和压强进行实验，结果如图(a)。

（3）图(a)中压强关系p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为______，该反应为____（填“吸热”或“放热”）反应，若要进一步提高H₂S的平衡转化率，除了改变温度和压强外，还可以采取的措施有_______。

（4）若压强为p、温度为975℃时，的平衡常数K=0.04，则起始浓度c=______mol∙Lˉ¹，若向容器中再加入1molH₂S气体，相同温度下再次达到平衡时，K_____0.04（填“>”1 “<”或“=”）。

Ⅲ．间接电解法脱硫

间接电解法是通过FeCl₃溶液吸收并氧化H₂S气体，将反应后溶液通过电解再生，实现循环使用，该法处理过程如下图(b)。

（5）电解反应器总反应的离子方程式为________。

（6）气液比为气体与液体的流速比，吸收反应器内液体流速固定。测定吸收器中相同时间内不同气液比下H₂S的吸收率和吸收速率，结果如图(c)所示，随着气液比减小，H₂S的吸收速率逐渐降低，而吸收率呈上升趋势的原因为____________。

Answer

-2a+2b 活性炭 p3>p2>p1 吸热 移出产物H2或S2 0.018 = 2Fe3++2H+2Fe2++H2↑ 气液比减小，通入H2S的总量减少，参加反应的H2S的量减少，吸收速率减小；吸收液的量增大，气液接触更充分，使硫化氢的吸收率增大。

【解析】

书写燃烧热的热化学方程式，利用盖斯定律进行求解；结合表中信息，选出最佳脱硫剂；分析图象，纵坐标代表的是H2S的平衡转化率，变量为压强和温度，探究压强和温度对平衡移动的影响；已知平衡常数，设初始浓度，利用“三段式”进行计算求解；平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变；分析电解法处理过程，区别吸收速率和吸收率的不同。据此分析

(1)已知H2S的燃烧热为akJ∙mol-1，S的燃烧热为bkJ∙mol-1 ，则有H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(l) △H=-akJ∙mol-1①，S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-bkJ∙mol-1②，根据盖斯定律则方程式2H2S(g)＋O2(g)=2S(s)＋2H2O(l) △H＝2×①-2×②=-2a+2bkJ∙mol-1，答案为：-2a+2b；

结合表中信息，活性炭的出口硫小，温度为常温，操作压力较小，且可再生，故最佳脱硫剂为活性炭，答案为：活性炭；

(3)该反应的正反应方向为气体分子数增大，增大压强平衡逆向移动，H2S的平衡转化率减小，即压强越大，H2S的平衡转化率越小，则有p3>p2>p1；由图可知升高温度，H2S的平衡转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，则正反应为吸热反应；若要进一步提高H2S的平衡转化率，除了改变温度和压强外，还可以通过减少生成物的浓度使平衡正向移动，即移出产物H2或S2；答案为：p3>p2>p1；吸热；移出产物H2或S2；

(4)已知压强为p、温度为975℃时H2S的平衡转化率为40%，且平衡常数K=0.04，设始浓度为xmol∕L，“三段式”表示为：，已知平衡常数K，则有，解得x=0.018；若向容器中再加入1molH2S气体，相同温度下再次达到平衡时，平衡常数不变，因为平衡常数只与温度有关，温度不变，所以平衡常数不变；答案为：0.018；=；

(5)间接电解法是通过FeCl3溶液吸收并氧化H2S气体，FeCl3溶液被还原为FeCl2，反应后溶液通过电解再生即将FeCl2氧化为FeCl3，所以电解反应器总反应的离子方程式为2Fe3++2H+ 2Fe2++H2↑；答案为：2Fe3++2H+ 2Fe2++H2↑；

(6)结合反应原理和图象分析，气液比减小，通入H2S的总量减少，参加反应的H2S的量减少，吸收速率减小；吸收液的量增大，气液接触更充分，使硫化氢的吸收率增大。答案为：气液比减小，通入H2S的总量减少，参加反应的H2S的量减少，吸收速率减小；吸收液的量增大，气液接触更充分，使硫化氢的吸收率增大。