Question

將a mol H₂S和1 mol O₂置于一個容積可變的容器內進行反應，維持容器內氣體的壓強不變(101kPa)．在120℃下測得反應前后容器內氣體的密度分別為d₁和d₂．若a的取值不同，則H₂S的氧化產(chǎn)物可能有如下三種情況：

(1)全部是SO₂時，此時a的取值范圍是________．

(2)全部為S，此時a的取值范圍是________，并且d₁________d₂(填“＞”，“＝”或“＜”)

(3)部分是SO₂，部分是S，此時a的取值范圍是________，反應所生成SO₂的物質的量為________mol，容器內氣體的物質的量之和為________mol(以含a的代數(shù)式表示)．

Answer 1

答案：
解析：

【解答】(1)a≤mol;(2)a≥2,＞ 　　(3)＜a＜2,1－,1＋ 　　【巧解導析】H2S被O2氧化，按反應物相對量的不同有兩種反應： 　　2H2S＋3O22H2O＋2SO2　�、� 　　2H2S＋O22H2O＋S　　② 　　觀察反應物的計量系數(shù)比及對應的產(chǎn)物，我們可借助數(shù)軸作出以下分析： 　　即a≤時，產(chǎn)物全為SO2；a≥2時，產(chǎn)物全為S；＜a＜2時，產(chǎn)物為SO2和S．當產(chǎn)物全為S時，由2H2S＋O22H2O＋S可知，因2mol H2S與1mol O2的平均式量一定大于H2O，故不管H2S是否過量，前＞后，而在溫度和壓強相同時，＝，故d1＞d2． 　　當產(chǎn)物為S和SO2時，可以用寫總反應方程式的方法求算SO2的物質的量和反應后混合氣體的總物質的量，因為H2S和O2均反應完，可寫出如下反應式： 　　aH2S＋O2→H2S＋SO2＋S，根據(jù)元素原子個數(shù)守恒配平方程式：aH2S＋O2＝aH2O＋(1－)SO2＋(－1)S．故反應生成(1－)mol SO2，反應后混合氣體總物質的量為a＋(1－)＝(1＋)mol．

提示：

【巧解點悟】關于因反應物劑量不同而導致產(chǎn)物不同的反應絕大多數(shù)都可以借助數(shù)軸來分析，如P與Cl2反應，CO2與NaOH反應，H3PO4與NaOH反應等．本題涉及的反應為氧化還原反應，也可從得失電子的角度分析求解： 　　a mol H2S→a mol SO2→失6a mol e－ 　　a mol H2S→a mol S→失2a mol e－ 　　1mol O2完全反應得4mol e－ 　　(1)產(chǎn)物為SO2時，O2足量，故6a≤4，a≤． 　　(2)產(chǎn)物全為S時，H2S足量，故2a≥4，a≥2． 　　(3)產(chǎn)物為S和SO2時，H2S和O2全反應完，H2S部分轉化為S和SO2，故O2獲得電子數(shù)應介于上述兩情況之間，有2a＜4＜6a，＜a＜2．此時設a mol H2S有x mol轉化為SO2，則有(a－x)mol H2S被氧化為S，由電子轉移守恒，6x＋2(a－x)＝1×4得x＝(1－)mol，由H守恒知H2O為a mol，故容器內氣體的總物質的量為a＋(1－)＝(1＋)mol．第(3)小題中SO2的求算，除這里介紹的寫總反應方程式法、電子轉移守恒法之外，還有常見的分步反應考慮法，只要原理通，解法自然有．