Question

【题目】利用含H2S的废气可回收硫，既可以保护环境又可资源化利用。回答下列问题：

(1)将H2S直接分解回收硫的同时得到氡能源的技术具有发展远景。起始时在反应器中充入一定量的H2S，在一定条件下发生反应2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)，H2S热分解温度与平衡时气体组成如图所示：

①反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的△H=___________0(填“>”或“<”)

②图中A点H2S的分解率为___________(保留3位有效数字)

③若B点容器内气体总压为PPa，则此时反应的平衡常数Ka=___________Pa(Kp为以分压表示的平衡常数，列出含P的代数式)。

(2)Fe3+溶液脱除H2S的原理如图所示：

①吸收塔中发生反应的化学方程式为___________。

②电解槽中再生FeCl3的原理是(结合方程式说明)___________。

③电解槽中的“交换膜”为___________(填“阴离子”“阳离子”或“质子”)交换膜。

(3)H2S和空气按一定流速通入酸性FeCl3溶液，可实现空气脱硫得到单质硫。FeCl3溶液吸收H2S过程中，溶液中的n(Fe3+)、被吸收的n(H2S)随时间t的变化如图。

①t1以后，溶液中n(Fe3+)保持基本不变，原因是___________。

②t1以后的溶液中总反应方程式可以表示为___________。

Answer 1

【答案】> 66.7% P 2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl 阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生 质子 t1以后溶液中同时发生两个反应，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，当两个反应速率相等时，溶液中n(Fe3+)保持基本不变 2H2S+ O22 S↓+2H2O

【解析】

(1)①升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，△H>0；

②图中A点n(H2S)=n(S2)，列出三段式，找出平衡时H2S的转化量，根据分解率计算公式计算；

③图中A点n(H2S)=n(H2)，列出三段式，找出平衡时各组分的分压，再根据Ka=计算；

(2)①由图可知，吸收塔中FeCl3和H2S反应生成FeCl2、S和HCl；

②通过电解将FeCl2转化为FeCl3，其原理是阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生；

③电解时进入阳极室的H+要在阴极得电子，所以“交换膜”为质子交换膜。

(3) ①由图可知，t1前n(Fe3+)迅速减小、被吸收的n(H2S)显著增加，发生的反应为2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；t1以后溶液中同时发生两个反应，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，当两个反应速率相等时，溶液中n(Fe3+)保持基本不变；

②t1以后Fe3+起催化作用，总反应方程式可以表示为2H2S+ O22 S↓+2H2O。

(1)①由图可知，随着温度升高，混合物中H2S的含量减少，H2和S2的含量增加，说明升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，△H>0，

②图中A点n(H2S)=n(S2)，设起始时有1mol H2S，A点达到平衡时有2x mol H2S发生分解，则：

2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)

起始量 1 0 0

转化量 2x 2x x

平衡量 1-2x 2x x

1-2x=x，解得：x=，

H2S的分解率为×100%= 66.7%，

③图中A点n(H2S)=n(H2)，设起始时有1mol H2S，A点达到平衡时有2y mol H2S发生分解，则:

2H2S(g)2H2 (g)+S2(g)

起始量 1 0 0

转化量 2y 2y y

平衡量 1-2y 2y y

1-2y=2y，解得：y=，H2S、H2和S2的物质的量分数分别为：0.4、0.4和0.2，

平衡常数Ka===0.2Pa=P。

因此，本题正确答案是：> ；66.7%；P。

(2)①由图可知，吸收塔中FeCl3和H2S反应生成FeCl2、S和HCl，化学方程式为2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；

②通过电解将FeCl2转化为FeCl3，其原理是阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生；

③电解时进入阳极室的H+要在阴极得电子，所以“交换膜”为质子交换膜；

因此，本题正确答案是：2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；阳极发生电极反应Fe2+-e-= Fe3+(或2Cl--2e-=Cl2，Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+)，使c(Fe3+)升高，使FeCl3再生；质子。

(3) ①由图可知，t1前n(Fe3+)迅速减小、被吸收的n(H2S)显著增加，发生的反应为2FeCl3+H2S=2 FeCl2+S↓+2HCl；t1以后溶液中同时发生两个反应，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，当两个反应速率相等时，溶液中n(Fe3+)保持基本不变；

②t1以后Fe3+起催化作用，总反应方程式可以表示为2H2S+ O22 S↓+2H2O，

因此，本题正确答案是：t1以后溶液中同时发生两个反应，Fe3+氧化吸收H2S和Fe2+被O2氧化再生Fe3+，当两个反应速率相等时，溶液中n(Fe3+)保持基本不变；2H2S+ O22 S↓+2H2O。