Question

H₂S是一种剧毒气体，工业生产中可以通过多种手段对其进行回收或再利用。

Ⅰ.900℃时可以用克劳斯法回收H₂S气体，该过程中涉及的部分反应如下：

①2H₂S(g)+O₂(g)S₂(g)+2H₂O(g)    △H=-316.8kJ•mol^-1

②2H₂S(g)+3O₂(g)=2SO₂(g)+2H₂O(g)    △H=-1040.2kJ•mol^-1

(1)4H₂S(g)+2SO₂(g)3S₂(g)+4H₂O(g)的△H=___

(2)若在900℃以上绝热、恒容的密闭容器中，投入一定量的H₂S、O₂发生反应①，下列说法能说明反应达到平衡状态的是___

a.混合气体密度不随时间变化而变化

b.v_正(O₂)=2v_逆(H₂O)

c.体系压强不随时间变化而变化

d.反应体系温度不变

e.混合气体平均相对分子质量不变

f.单位时间内生成nmolS₂，同时生成2nmolH₂S

Ⅱ.工业上还可以通过硫化氢分解对其进行处理、利用：2H₂S(g)S₂(g)+2H₂(g)，在2.0L恒容密闭容器中充入0.1molH₂S，不同温度下测得H₂S的转化率与时间的关系如图1所示：

(3)950℃时，0～1.25s生成S₂(g)的平均反应速率为___

(4)该反应的△H___0(填“＞”“＜”或“=”)，1050℃达到平衡时H₂S的转化率为35%，则该温度下，平衡常数K=___(保留一位有效数字)，该温度下Q点时反应___(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)

Ⅲ.对H₂S废气进行利用的另一种途径是将其设计成质子膜—H₂S燃料电池，反应原理为2H₂S(g)+O₂(g)═S₂(s)+2H₂O(l)。电池结构示意图如图2：

(5)电极a上发生的电极反应式为___。

(6)设N_A为阿伏伽德罗常数的值，当电路中通过3mol电子时，通过质子膜进入___(填“正极区”或“负极区”)的H⁺数目为___。

Answer

+89.8kJ•mol-1 cdf 0.004mol•L-1•s-1 ＞ 0.003 逆向移动 2H2S-4e-=S2+4H+ 正极区 3NA

【解析】

根据盖斯定律进行ΔH的计算，分析条件是否为“变量”判断能否作为达到平衡的标志，根据公式计算化学反应速率，结合三段式计算平衡常数，根据原电池原理书写电极反应方程式并进行相关计算。

Ⅰ.(1)已知①2H2S(g)+O2(g)S2(g)+2H2O(g)△H=-316.8kJ•mol-1

②2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)△H=-1040.2kJ•mol-1

根据盖斯定律，反应①×3-②可得反应4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g)，则△H=(-316.8kJ•mol-1)×3-(-1040.2kJ•mol-1)=+89.8 kJ•mol-1；

(2)绝热、恒容的密闭容器中，对于反应2H2S(g)+O2(g)S2(g)+2H2O(g)：

a．由质量守恒可知反应前后气体总质量不变，又恒容密闭容器，则无论反应是否达到平衡，混合气体的密度始终不变，a不符合题意；

b．根据化学反应速率与化学计量数成正比分析可知，2v正(O2)=v逆(H2O)时，反应正逆反应速率相等，而v正(O2)=0.5v正(H2O)<2v逆(H2O)，反应逆向进行，b不符合题意；

c．反应①为放热反应，绝热密闭容器中，随着反应的进行，温度上高，压强增大，则反应体系压强不随时间变化而变化时，说明反应达到平衡，c符合题意；

d．反应①为放热反应，绝热密闭容器中，随着反应的进行，温度上高，当反应体系温度不变时，说明反应达到平衡，d符合题意；

e．反应前后气体的物质的量不变，总质量不变，则混合气体平均相对分子质量始终不变，不能说明反应达到平衡，e不符合题意；

f．单位时间内生成nmolS2，同时生成2nmolH2S，则正逆反应速率相等，说明反应达到平衡，f符合题意；

故答案为：cdf；

Ⅱ.(3)根据图1数据可知，950℃时，0～1.25s内H2S的转化率为20%，则反应了0.1×20%=0.02molH2S，根据方程式可知生成了0.01molS2，则生成S2的平均反应速率；

(4)由图可知，升高温度，H2S的转化率增大，即反应正向进行，则正反应为吸热反应，ΔH>0，1050℃达到平衡时H2S的转化率为35%，则可列平衡三段式为：

平衡常数，该温度下，Q点时，转化率增大，所以Qc>K，平衡逆向移动；

Ⅲ.(5)根据电池工作原理图分析可知，H2S在电极a失去电子发生氧化反应生成S2，则电极a为原电池负极，电极反应为2H2S-4e-=S2+4H+；

(6)原电池中阳离子向正极移动，根据电极a的电极反应2H2S-4e-=S2+4H+可知，当电路中通过3mol电子时，3molH+通过质子膜进入正极区，数目为3NA。