Question

6．硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题．由硫化氢获得硫单质有多种方法．

（1）H₂S尾气常用烧碱溶液吸收处理．
①标准状况下，2.24LH₂S气体通入100mL某浓度NaOH中，最后结晶获得固体质量为6.7g，则NaOH溶液的物质的量浓度为1.5mol/L．
②将烧碱吸收H₂S后的溶液加入到如图1所示的电解池的阳极区进行电解．电解过程中阳极区发生如下反应：S^2--2e^-═S；（n-1）S+S^2-═S${\;}_{n}^{2-}$．电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为S_n^2-+2H⁺=（n-1）S↓+H₂S↑．
（2）将H₂S和空气的混合气体通入FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂的混合溶液中反应回收S，其物质转化如图2所示．
①在图示的转化中，化合价不变的元素是Cu、H、Cl．
②反应中当有1mol H₂S转化为硫单质时，保持溶液中Fe³⁺的物质的量不变，需消耗O₂的物质的量为0.5 mol．
③在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入混合气体，并充分搅拌．欲使生成的硫单质中不含CuS，可采取的措施有提高混合气体中空气的比例．
（3）H₂S在高温下分解生成硫蒸气（S_x）和H₂．若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图3所示，H₂S在高温下分解反应的化学方程式为2H₂S$\stackrel{高温}{?}$2H₂+S₂．

Answer 1

分析 （1）①标准状况下，2.24L即0.1molH₂S气体通入100mL某浓度NaOH中，最后结晶获得固体质量为6.7g，
H₂S+NaOH=NaHS+H₂O
H₂S+2NaOH=Na₂S+2H₂O
NaHS和Na₂S的平均摩尔质量为$\frac{6.7g}{0.1mol}$=67g/mol，再求出二者的物质的量之比，求出物质的量，根据Na元素守恒计算；
②S_n^2-和氢离子反应生成S单质，S元素失电子发生氧化反应，同时S元素得电子生成H₂S；
（2）①根据图中各元素化合价变化分析；
②该反应中S元素化合价由-2价变为0价、O元素化合价由0价变为-2价，根据氧化还原反应中得失电子相等；
③欲使生成的硫单质中不含CuS，则硫离子不能剩余，硫离子完全被氧化为S单质；
（3）根据题意知，该反应是可逆反应，反应物是硫化氢，根据图象知，生成物中含有S元素的物质是氢气的一半，则生成物是S₂和H₂，再结合反应条件书写方程式．

解答 解：（1）①标准状况下，2.24L即0.1molH₂S气体通入100mL某浓度NaOH中，最后结晶获得固体质量为6.7g，
H₂S+NaOH=NaHS+H₂O
H₂S+2NaOH=Na₂S+2H₂O
得到到混合物的摩尔质量$\frac{6.7g}{0.1mol}$=67g/mol，
则NaHS与Na₂S物质的量比为$\frac{78-67}{67-56}$=$\frac{1}{1}$，即均为0.05mol，
NaHS对应的氢氧化钠为0.05mol，Na₂S对应的氢氧化钠为0.1mol
则原NaOH溶液的物质的量的浓度为$\frac{0.15mol}{0.1L}$=1.5mol/L，
故答案为：1.5mol/；
②电解后阳极区离子为S_n^2-，酸性条件下，S_n^2-和氢离子反应生成S单质，S元素失电子发生氧化反应生成S单质，同时S元素得电子生成H₂S，反应方程式为S_n^2-+2H⁺=（n-1）S↓+H₂S↑，
故答案为：S_n^2-+2H⁺=（n-1）S↓+H₂S↑；
（2）①根据图中各元素化合价知，Cu元素化合价都是+2价、H元素化合价都是+1价、Cl元素化合价都是-1价，所以化合价不变的是Cu、H、Cl元素，
故答案为：Cu、H、Cl；
②H₂S不稳定，易被氧气氧化生成S单质，反应方程式为2H₂S+O₂=2S+2H₂O，该反应中S元素化合价由-2价变为0价、O元素化合价由0价变为-2价，根据氧化还原反应中得失电子相等得，消耗O₂的物质的量=$\frac{1mol}{2}$=0.5mol，故答案为：0.5mol；
③欲使生成的硫单质中不含CuS，则硫离子不能剩余，即硫离子完全被氧化为S单质，所以氧气必须过量，采取的措施为提高混合气体中空气的比例，
故答案为：提高混合气体中空气的比例；
（3）根据题意知，该反应是可逆反应，反应物是硫化氢，根据图象知，生成物中含有S元素的物质是氢气的一半，则生成物是S₂和H₂，所以该反应方程式为2H₂S$\stackrel{高温}{?}$2H₂+S₂，
故答案为：2H₂S$\stackrel{高温}{?}$2H₂+S₂．

点评 本题以S为载体考查了可逆反应、氧化还原反应、电解原理等知识点，会正确分析图象中各个物理量的含义是解本题关键，再结合电解原理、氧化还原反应中各个物理量之间的关系、化学平衡有关知识来分析解答即可，题目难度中等．