Question

利用化石燃料開采、加工過程產生的H₂S廢氣制取氫氣，既價廉又環保．

（1）工業上可用組成為K₂O?M₂O₃?2RO₂?nH₂O的無機材料純化制取的氫氣
①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期，兩種元素原子的質子數之和為27，則R的原子結構示意圖為

 

②常溫下，不能與M單質發生反應的是

 

（填序號）
a．CuSO₄溶液    b．Fe₂O₃　　 c．濃硫酸　　 d．NaOH溶液　 e．Na₂CO₃固體
（2）利用H₂S廢氣制取氫氣來的方法有多種
①高溫熱分解法
已知：H₂S（g）?H₂（g）+1/2S₂（g）
在恒溫密閉容器中，控制不同溫度進行H₂S分解實驗．以H₂S起始濃度均為cmol?L^-1測定H₂S的轉化率，結果見右圖．圖中a為H₂S的平衡轉化率與溫度關系曲線，b曲線表示不同溫度下反應經過相同時間且未達到化學平衡時H₂S的轉化率．據圖計算985℃時H₂S按上述反應分解的平衡常數K=

 

；說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：

 

②電化學法
該法制氫過程的示意圖如右．反應池中反應物的流向采用氣、液逆流方式，其目的是

 

；反應池中發生反應的化學方程式為

 

．反應后的溶液進入電解池，電解總反應的離子方程式為

 

．

Answer 1

分析：（1）①M為+3價，R為+4價，均為第三周期元素，則M為Al，R為Si，Si的質子數為14；
②M為Al具有還原性，能與具有氧化性的物質發生反應；
（2）①K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應速率加快；
②反應池中反應物的流向采用氣、液逆流方式，可增大反應物接觸面積；反應池中發生氧化還原反應；電解池中亞鐵離子失去電子，氫離子得到電子，以此來解答．

解答：解：（1）①M為+3價，R為+4價，均為第三周期元素，
則M為Al，R為Si，Si的質子數為14，其原子結構示意圖為，故答案為：；
②M為Al具有還原性，能與具有氧化性的物質發生反應，如a、c，還能與d中NaOH溶液反應生成氫氣，而高溫下與氧化鐵反應，與碳酸鈉不反應，故答案為：be；
（2）①以H₂S起始濃度均為cmol?L^-1測定H₂S的轉化率，985℃時H₂S的轉化率為40%，則
   H₂S（g）?H₂（g）+1/2S₂（g）
開始 c       0         0
轉化0.4c     0.4c      0.2c
平衡0.6c     0.4c      0.2c
K=

0.4c× o.2c

0.6c

=

2

3

0.2C

；
溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應速率加快，達到平衡時的時間縮短，
故答案為：

2

3

0.2C

；溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需的進間縮短；
②反應池中反應物的流向采用氣、液逆流方式，可增大反應物接觸面積；反應池中發生氧化還原反應為H₂S+2FeCl₃=2FeCl₂+S↓+2HCl；電解池中亞鐵離子失去電子，氫離子得到電子，電解總反應的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺

電解  .

2Fe³⁺+H₂↑，
故答案為：增大反應物接觸面積，使反應更充分；H₂S+2FeCl₃=2FeCl₂+S↓+2HCl；2Fe²⁺+2H⁺

電解  .

2Fe³⁺+H₂↑．

點評：本題以硫化氫為載體考查物質的性質、影響反應速率的因素、化學平衡、電化學等，題目綜合性強，難度較大，注重了高考常考考點的考查，注意知識的遷移應用和信息的處理．