Question

6．H₂S在金属离子的鉴定分析、煤化工等领域都有重要应用．请回答：
Ⅰ、工业上一种制备H₂S的方法是在催化剂、高温条件下，用天然气与SO₂反应，同时生成两种能参与大气循环的氧化物．
（1）该反应的化学方程式为4SO₂+3CH₄═4H₂S+3CO₂+2H₂O．
II．H₂S可用于检测和沉淀金属阳离子．
（2）H₂S的第一步电离方程式为H₂S?H⁺+HS^-．
（3）己知：25℃时，K_sp（SnS）=1.0×10^-25，K_sp（CdS）=8.0×10^-27，该温度下，向浓度均为0.1mol•L^-1的CdCl₂和SnCl₂的混合溶液中通人H₂S，当Sn²⁺开始沉淀时，溶液中c（Cd²⁺）=8.0×10^-3mol/L（溶液体积变化忽略不计）．
Ⅲ．H₂S是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体．反应原理为：
ⅰ．COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7kJ•mol^-1；
ⅱ．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42kJ•mol^-1；
（4）己知：断裂1mol分子中的化学键所需吸收的能量如下表所示．

分子	COS（g）	H2（g）	CO（g）	H2S（g）	H2O（g）	CO2（g）
能量/kJ•mol-1	1319	442	x	678	-930	1606

表中x=1076．
（5）向10L容积不变的密闭容器中充入1mol COS（g）、1mol H₂（g）和1mol H₂O（g），进行上述两个反应．其他条件不变时，体系内CO的平衡体积分数与温度（T）的关系如图所示．

①随着温度升高，CO的平衡体积分数增大（填“增大”或“减小”），原因为反应I为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO的平衡体积分数增大；反应II为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡体积分数也增大．
②T₁℃时，测得平衡时体系中COS的物质的童为0.80mol．则该温度下，COS的平衡转化率为20%；反应i的平衡常数为0.044（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 I．（1）工业上一种制备H₂S的方法是在催化剂、高温条件下，用天然气与SO₂反应，同时生成两种能参与大气循环的氧化物，从元素角度考虑，这两种氧化物为CO₂和H₂O，反应产生H₂S；
II．（2）H₂S的第一步电离产生H⁺和HS^-，是不完全电离；
（3）根据溶度积常数计算；
III．（4）根据盖斯定律计算，△H=反应物总键能-生成物总键能；
（5）①根据方程式和图象分析，升高温度，CO的平衡体积分数增大，升高温度使化学反应平衡向吸热方向进行；
②T₁℃时，测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80mol，此时CO的平衡体积分数为5%，根据方程式计算COS的平衡转化率，将各组分平衡浓度代入平衡常数表达式计算反应i的平衡常数．

解答 解：I．（1）工业上一种制备H₂S的方法是在催化剂、高温条件下，用天然气与SO₂反应，同时生成两种能参与大气循环的氧化物，从元素角度考虑，这两种氧化物为CO₂和H₂O，反应产生H₂S，则该反应的化学方程式为：4SO₂+3CH₄═4H₂S+3CO₂+2H₂O，
故答案为：4SO₂+3CH₄═4H₂S+3CO₂+2H₂O；
II．（2）H₂S的第一步电离产生H⁺和HS^-，是不完全电离，则H₂S的第一步电离方程式为：H₂S?H⁺+HS^-，
故答案为：H₂S?H⁺+HS^-；
（3）向浓度均为0.1mol/L的CdCl₂和SnCl₂的混合溶液中通人H₂S，当Sn²⁺开始沉淀时，溶液中c（S^2-）=$\frac{{K}_{sp}（SnS）}{c（S{n}^{2+}）}$=$\frac{1.0×1{0}^{-25}}{0.1}$=1.0×10^-24mol/L，则溶液中c（Cd²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（CdS）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{8.0×1{0}^{-27}}{1.0×1{0}^{-24}}$=8.0×10^-3mol/L，
故答案为：8.0×10^-3mol/L；
III．（4）根据反应i：COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g）△H=+7kJ/mol，根据盖斯定律，△H=1319+442-678-x=7，可得x=1076，
故答案为：1076；
（5）①根据方程式和图象分析，升高温度，CO的平衡体积分数增大，升高温度使化学反应平衡向吸热方向进行，反应i为吸热反应，升高温度，化学平衡向正反应方向进行，CO的体积分数增大，反应ii为放热反应，升高温度化学平衡向逆反应方向移动，CO的体积分数增大，综合两个反应考虑，CO的体积分数随着温度升高而增大，
故答案为：增大；反应i为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO的平衡体积分数增大；反应ii为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡体积分数也增大；
②T₁℃时，测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80mol，此时CO的平衡体积分数为5%，反应起始时，向10L容积不变的密闭容器中充入1mol COS（g）、1mol H₂（g）和1mol H₂O（g），则COS的平衡转化率为α=$\frac{1-0.80}{1}×100%$=20%，
反应i的方程式：COS（g）+H₂（g）?H₂S（g）+CO（g），
   起始（mol）    1               1               0            0
   转化（mol）   0.2            0.2             0.2        0.2
   平衡（mol）   0.8             0.8             0.2        0.2
反应ii的方程式：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
    起始（mol）  0.2             1                0            0.8
    转化（mol）    x               x               x              x
     平衡（mol） 0.2-x          1-x             x            0.8+x
CO的平衡体积分数为5%，则0.2-x=3×5%，可得x=0.05，则平衡时c（COS）=$\frac{0.8mol}{10L}$=0.08mol/L，c（H₂）=$\frac{0.8+0.05}{10}mol/L$=0.085mol/L，c（H₂S）=$\frac{0.2mol}{10L}$=0.02mol/L，c（CO）=$\frac{0.2-0.05}{10}mol/L$=0.015mol/L，因此反应i的化学平衡常数为K₁=$\frac{c（{H}_{2}S）c（CO）}{c（{H}_{2}）c（COS）}$=$\frac{0.02mol/L×0.015mol/L}{0.085mol/L×0.08mol/L}$=0.044，
故答案为：20%；0.044．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含氧化还原反应方程式的书写和配平，盖斯定律的应用，弱电解质的电离平衡，化学平衡的移动，化学平衡常数的计算，多重反应的计算是难点和易错点，试题有助于培养综合分析问题的能力，为高频考点和常见题型，题目难度中等，是中档题．