Question

【題目】石油加氫精制和天然氣凈化等過(guò)程產(chǎn)生有毒的H2S，直接排放會(huì)污染空氣。

(1)工業(yè)上用克勞斯工藝處理含H2S的尾氣獲得硫黃，流程如下：

①反應(yīng)爐中的反應(yīng)：2H2S(g)+3O2(g) =2SO2(g)+2H2O(g) H＝-1035.6 kJ·mol1

催化轉(zhuǎn)化器中的反應(yīng)：2H2S(g)+SO2(g) = 3S(g)+2H2O(g) H＝-92.8 kJ·mol1

克勞斯工藝中獲得氣態(tài)硫黃的總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______。

②為了提高H2S轉(zhuǎn)化為S的比例，理論上應(yīng)控制反應(yīng)爐中H2S的轉(zhuǎn)化率為______。

(2)科研工作者利用微波法處理尾氣中的H2S并回收H2和S，反應(yīng)為：H2S H2+S，一定條件下，H2S的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如圖。

①H2S分解生成H2和S的反應(yīng)為______反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。

②微波的作用是______。

(3)某科研小組將微電池技術(shù)用于去除天然氣中的H2S，裝置示意圖如下，主要反應(yīng)：2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O(FeS難溶于水)，室溫時(shí)，pH=7的條件下，研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)H2S的去除率的影響。

①裝置中微電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：______。

②一段時(shí)間后，單位時(shí)間內(nèi)H2S的去除率降低，可能的原因是______。

Answer 1

【答案】2H2S(g)+O2(g) = 2S(g)+2H2O(g) H＝-407.1 kJ·mol1 或33.3% 吸熱 微波使H2SH2+S的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高平衡轉(zhuǎn)化率 Fe-2e－+H2S= FeS+2H+ 生成的FeS附著在鐵碳填料的表面，原電池負(fù)極的表面積減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢；鐵的量因消耗而減少，形成微電池的數(shù)量減少，化學(xué)反應(yīng)速率減慢

【解析】

(1) ①根據(jù)蓋斯定律書寫總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

②為了提高H2S轉(zhuǎn)化為S的比例，催化轉(zhuǎn)化器中H2S(g)、SO2(g)應(yīng)恰好完全反應(yīng)；

(2)根據(jù)圖示，隨溫度升高，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率增大；相同溫度下，利用微波法處理尾氣H2S的平衡轉(zhuǎn)化率大。

(3)根據(jù)總反應(yīng)2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O，Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以Fe是負(fù)極；從影響反應(yīng)速率的角度分析單位時(shí)間內(nèi)H2S的去除率降低的原因。

(1) ① 反應(yīng)Ⅰ：2H2S(g)+3O2(g) =2SO2(g)+2H2O(g) H＝-1035.6 kJ·mol1

反應(yīng)Ⅱ：2H2S(g)+SO2(g) = 3S(g)+2H2O(g) H＝-92.8 kJ·mol1

根據(jù)蓋斯定律Ⅰ×＋Ⅱ×得 2H2S(g)+O2(g) = 2S(g)+2H2O(g) H＝-407.1 kJ·mol1；

②為了提高H2S轉(zhuǎn)化為S的比例，催化轉(zhuǎn)化器中H2S(g)、SO2(g)應(yīng)恰好完全反應(yīng)，假設(shè)催化轉(zhuǎn)化器中參加反應(yīng)的H2S(g)的物質(zhì)的量為2mol，SO2的物質(zhì)的量是1mol，即反應(yīng)爐中需要生成1molSO2，反應(yīng)爐中參加反應(yīng)的H2S的物質(zhì)的量為1mol，所以理論上應(yīng)控制反應(yīng)爐中H2S的轉(zhuǎn)化率為；

(2) ①根據(jù)圖示，隨溫度升高，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率增大，說(shuō)明升高溫度，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；

②根據(jù)圖示，相同溫度下，利用微波法處理尾氣H2S的平衡轉(zhuǎn)化率大，所以微波的作用是使H2SH2+S的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高平衡轉(zhuǎn)化率；

(3) ①根據(jù)總反應(yīng)2Fe+2H2S+O2= 2FeS+2H2O，Fe發(fā)生氧化反應(yīng)， Fe是原電池負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式是Fe-2e－+H2S= FeS+2H+；

②負(fù)極生成的FeS附著在鐵碳填料的表面，原電池負(fù)極的表面積減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢；鐵的量因消耗而減少，形成微電池的數(shù)量減少，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，所以一段時(shí)間后，單位時(shí)間內(nèi)H2S的去除率降低。