Question

氢气是一种清洁能源，科学家探索利用石油工业中的废气H₂S制取H₂。

I.热分解制氢：H₂S在高温下分解生成硫蒸气和H₂。

①101kPa时，改变H₂S与Ar物质的量之比1：19充入容器甲。保持压强不变，反应在不同温度下达到平衡时，反应物和生成物的气体体积分数如图1和图2所示；

②1100℃，101kPa时，改变H₂S与Ar的物质的量之比，将气体充入容器乙。保持压强不变，H₂S的转化率随停留时间变化如图3；

③K_p：对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作K_p。如p(B)=p•x(B)，P为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数：

④停留时间：停留时间也称接触时间，指原料在反应区或在催化剂层的停留时间。

（1）下列有关热分解硫化氢制氢的说法正确的是___。

A.b曲线对应物质的分子式为S₂

B.随温度升高，容器甲内气体密度减小

C.H₂S热分解的活化能大于其逆反应的活化能

D.由图3可知H₂S的浓度越低，热分解反应的速率越大

（2）T℃时H₂S分解反应的K_p=1.26×10³Pa，据图2判断T℃约为___。

A.800℃    B.975℃     C.1050℃

（3）保持甲容器的其它初始实验条件不变，仅改变温度，进行多次重复实验。在图2中画出当停留时间为0.6s时，800℃~1050℃范围内H₂S体积分数趋势图___。

（4）图3中，当停留时间为1.6s时，H₂S的转化率由(1)到(5)变化的原因___。

II.光解制氢：复合型CdS/ZnO光催化剂能催化分解H₂S生成H₂。

（5）分别在200℃，400℃，600℃的空气中焙烧按一定工艺流程制得的CdS/ZnO光催化剂，考察焙烧温度对催化剂分解制氢效果影响（控制其它条件相同），实验结果见图4。600℃焙烧制得的催化剂催化效率较低的可能原因是___。

Answer

A、B、C C (说明：只要体现温度越高H2S体积分数越低；起点只要不超过5.0，终点大于2.5，) 停留时间为1.6s时， H2 S分解反应接近平衡，总压不变时增加稀有气体的量，相当于起减压的效果，故H2 S的转化率由(1)到(5)增加 600℃温度较高CdS在空气中几乎完全转化为CdO，催化剂活性显著降低

【解析】

I. (1)A．分析图1，c一定为H2S，若产物为氢气和S，则氢气和S的物质的量相同，现在a对应微粒的物质的量为b的2倍；

B．由于反应过程中保持压强不变，根据PV=nRT，当温度升高时，容器体积增大，而反应前后气体总质量不变；

C．由图1可知H2 S热分解为吸热反应；

D．如图3中(1)线和(4)线为例，两者起始H2S浓度前者为后者的9倍，但转化率为后者的约，即相同时间内(1)是(4)消耗H2S的约4.5倍；

(2)以800℃为例计算如下：起始取H2S 1mol，Ar19mol，H2S的物质的量变化量为x，列“三段式”：

结合图像数据，利用三段式分别计算不同温度下的平衡常数；

(3)首先对照图3中(5)线，图3温度为1100 ℃，因为0.6s时800 ℃～1050℃范围内，所画曲线上各点应该均未平衡，温度越高，反应速率越快，H2S的体积分数越接近于平衡状态；但起始H2S体积分数为5%，则起点应＜5%，图2 1050 ℃，平衡时H2S体积分数为2.5%，则终点大于2.5%；

(4)观察图3，停留时间为1.6s时，H2 S分解反应接近于平衡，总压不变时增加稀有气体的量，相当于减压的效果；

II．(5)据图4可知600℃催化剂的活性显著降低，这应该是催化剂的结构发生了改变。

I. (1)A．分析图1，c一定为H2S，若产物为氢气和S，则氢气和S的物质的量相同，现在a对应微粒的物质的量为b的2倍，则产物为氢气和S2，b曲线为S2，故A正确；

B．由于反应过程中保持压强不变，根据PV=nRT，当温度升高时，容器体积增大，而反应前后气体总质量不变，因此容器内气体密度减小，故B正确；

C．由图1可知H2 S热分解为吸热反应，所以正反应的活化能大于其逆反应的活化能，故C正确；

D．图像3中纵坐标为H2 S的转化率，H2 S的转化率随浓度降低而升高，图中观察可知，反应物H2S的浓度越高，热分解反应的速率越大。如图3中(1)线和(4)线为例，两者起始H2S浓度前者为后者的9倍，但转化率为后者的约，即相同时间内(1)是(4)消耗H2S的约4.5倍，故D错误；

答案选ABC；

(2)以800℃为例计算如下：起始取H2S 1mol，Ar19mol，H2S的物质的量变化量为x，列“三段式”：

=4%，解得x=0.196mol，则Kp==29.3Pa，由于Ar大量，选项中的温度只要求大致温度，近似计算时可忽略反应中气体物质的量增加，800℃时近似计算如下：

Kp==()2 ×1.01×105Pa×0.5%=31.56Pa

同理 975 ℃时近似计算为：Kp=()2×1.01×105Pa×1%=448.89Pa，

1050℃时近似计算为： Kp=1.01×105Pa×1.25%=1.25×103 Pa

据图2可判断T℃约为1050℃，答案选C；

(3)保持甲容器的其它初始实验条件不变，仅改变温度，进行多次重复实验。首先对照图3中(5)线，图3温度为1100 ℃，因为0.6s时800 ℃～1050℃范围内，所画曲线上各点应该均未平衡，温度越高，反应速率越快，H2S的体积分数越接近于平衡状态；但起始H2S体积分数为5%，则起点应＜5%，图2 1050 ℃，平衡时H2S体积分数为2.5%，则终点大于2.5%。故答案如图所示：

；

(4)观察图3，停留时间为1.6s时，H2 S分解反应接近于平衡，总压不变时增加稀有气体的量，相当于起减压的效果，故H2 S的转化率由(1)到(5)增加；

II．(5)据图4可知600℃催化剂的活性显著降低，这应该是催化剂的结构发生了改变，因为题中描述在空气中焙烧按一定工艺流程制得的CdS/ZnO光催化剂，故可以得出温度较高时CdS在空气中几乎完全转化为CdO导致催化剂活性显著降低。