Question

石油加氢精制和天然气净化等过程产生有毒的H₂S，直接排放会污染空气。

(1)工业上用克劳斯工艺处理含H₂S的尾气获得硫黄，流程如下：

  

①反应炉中的反应：2H₂S(g)+3O₂(g) =2SO₂(g)+2H₂O(g)  ∆H＝-1035.6 kJ·mol⁻¹

催化转化器中的反应：2H₂S(g)+SO₂(g) = 3S(g)+2H₂O(g)  ∆H＝-92.8 kJ·mol⁻¹

克劳斯工艺中获得气态硫黄的总反应的热化学方程式：______。

②为了提高H₂S转化为S的比例，理论上应控制反应炉中H₂S的转化率为______。

(2)科研工作者利用微波法处理尾气中的H₂S并回收H₂和S，反应为：H₂S H₂+S，一定条件下，H₂S的转化率随温度变化的曲线如图。

①H₂S分解生成H₂和S的反应为______反应(填“吸热”或“放热”)。

②微波的作用是______。

(3)某科研小组将微电池技术用于去除天然气中的H₂S，装置示意图如下，主要反应：2Fe+2H₂S+O₂= 2FeS+2H₂O(FeS难溶于水)，室温时，pH=7的条件下，研究反应时间对H₂S的去除率的影响。

①装置中微电池负极的电极反应式：______。

②一段时间后，单位时间内H₂S的去除率降低，可能的原因是______。

Answer

2H2S(g)+O2(g) = 2S(g)+2H2O(g) ∆H＝-407.1 kJ·mol−1 或33.3% 吸热 微波使H2S⇌H2+S的化学平衡向正反应方向移动，提高平衡转化率 Fe-2e－+H2S= FeS+2H+ 生成的FeS附着在铁碳填料的表面，原电池负极的表面积减小，化学反应速率减慢；铁的量因消耗而减少，形成微电池的数量减少，化学反应速率减慢

【解析】

(1) ①根据盖斯定律书写总反应的热化学方程式；

②为了提高H2S转化为S的比例，催化转化器中H2S(g)、SO2(g)应恰好完全反应；

(2)根据图示，随温度升高，H2S的平衡转化率增大；相同温度下，利用微波法处理尾气H2S的平衡转化率大。

(3)根据总反应2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O，Fe失电子发生氧化反应，所以Fe是负极；从影响反应速率的角度分析单位时间内H2S的去除率降低的原因。

(1) ① 反应Ⅰ：2H2S(g)+3O2(g) =2SO2(g)+2H2O(g) ∆H＝-1035.6 kJ·mol−1

反应Ⅱ：2H2S(g)+SO2(g) = 3S(g)+2H2O(g) ∆H＝-92.8 kJ·mol−1

根据盖斯定律Ⅰ×＋Ⅱ×得 2H2S(g)+O2(g) = 2S(g)+2H2O(g) ∆H＝-407.1 kJ·mol−1；

②为了提高H2S转化为S的比例，催化转化器中H2S(g)、SO2(g)应恰好完全反应，假设催化转化器中参加反应的H2S(g)的物质的量为2mol，SO2的物质的量是1mol，即反应炉中需要生成1molSO2，反应炉中参加反应的H2S的物质的量为1mol，所以理论上应控制反应炉中H2S的转化率为；

(2) ①根据图示，随温度升高，H2S的平衡转化率增大，说明升高温度，平衡正向移动，正反应为吸热反应；

②根据图示，相同温度下，利用微波法处理尾气H2S的平衡转化率大，所以微波的作用是使H2S⇌H2+S的化学平衡向正反应方向移动，提高平衡转化率；

(3) ①根据总反应2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O，Fe发生氧化反应， Fe是原电池负极，负极反应式是Fe-2e－+H2S= FeS+2H+；

②负极生成的FeS附着在铁碳填料的表面，原电池负极的表面积减小，化学反应速率减慢；铁的量因消耗而减少，形成微电池的数量减少，化学反应速率减慢，所以一段时间后，单位时间内H2S的去除率降低。