Question

硫化氢俗称“臭蛋气”，是一种无色具有臭鸡蛋气味的剧毒气体，由含硫物质分解而来，属于常见的酸性有害气体中的一种。研究硫化氢的利用及污染的防治很有意义。

(1)已知下列反应的热化学方程式：

①2H₂S(g)+3O₂(g)=2SO₂(g)+2H₂O(l)    ΔH₁=-1123.6kJ·mol^-1

②S(s)+O₂(g)=SO₂(g)     ΔH₂=-296kJ·mol^-1

③2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)    ΔH₃=-571.6kJ·mol^-1

写出H₂S分解为单质硫(用S表示)和H₂的热化学方程式：___。

(2)H₂S在一定条件下发生如下形式的分【解析】
2H₂S(g)S₂(g)+2H₂(g)，利用该反应可制备H₂和硫磺。在2.0L的恒容密闭容器中充入0.1molH₂S发生上述反应，不同温度下测得H₂S的转化率与时间的关系如图所示。

①温度升高时，混合气体的平均摩尔质量减小的原因是___。

②P点时容器内气体压强与起始时气体压强之比为___。

③1050℃时，此反应的平衡常数___(填序号)。

a.等于3.125×10^-4        b.大于3.125×10^-4

c.小于3.125×10^-4        d.无法判断

(3)科学家设计出质子膜H₂S燃料电池，实现了利用H₂S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H₂S燃料电池的结构示意图如图所示：

①电极a上发生反应的电极反应式为___。

②当有1molH⁺经质子膜进入正极区时，反应消耗H₂S的体积为___L(标准状况下)。

Answer

H2S(g)=S(s)+H2(g) ΔH=+20kJ·mol-1 该反应是吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，气体的物质的量增加，混合气体的平均摩尔质量减小 11∶10 b 2H2S-4e-=S2+4H+ 11.2

【解析】

(2)据图可知温度升高H2S的转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，该反应的正反应为吸热反应；

(3)据图可知该装置中H2S转化为S2发生氧化反应，O2转化为H2O发生还原反应，所以电极a为负极，电极b为正极。

(1)H2S分解为单质硫(用S表示)和H2的热化学方程式为H2S(g)= S(s)+H2(g)ΔH；

已知①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-1123.6kJ·mol-1

②S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ·mol-1

根据盖斯定律(①-②×2-③)可得ΔH=[-1123.6kJ·mol-1-2×(-296kJ·mol-1)-(-571.6kJ·mol-1)]= +20kJ·mol-1；

(2)①该反应是吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，气体的物质的量增加，但总质量不变，所以混合气体的平均摩尔质量减小；

②P点时H2S的转化率为20%，起始投料为0.1molH2S，则列三段式有：

；

所以P点气体总物质的量为(0.08mol+0.01mol+0.02mol)=0.11mol，恒容容器中气体的压强之比等于物质的量之比，所以P点时容器内气体压强与起始时气体压强之比为0.11:0.1=11:10；

③容器体积为2L，所以P点H2S、S2、H2的浓度分别为0.04mol/L、0.005mol/L、0.01mol/L，则该点的浓度商为= 3.125×10-4，而此时反应还要正向移动，所以950℃时该反应的平衡常数大于3.125×10-4，而该反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，所以1050℃时，此反应的平衡常数大于3.125×10-4，所以选b；

(3)①电极a为负极，H2S被氧化生成S2同时产生氢离子，电极反应式为2H2S-4e-=S2+4H+；

②根据电极反应式可知，当有1molH+经质子膜进入正极时，消耗0.5molH2S，标况下的体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L。