Question

9．硫化氫的轉化是資源利用和環境保護的重要研究課題．由硫化氫獲得硫單質有多種方法．
（1）將燒堿吸收H₂S后的溶液加入到如圖1所示的電解池的陽極區進行電解．電解過程中陽極區發生如下反應：S^2--2e^-═S　　　（n-1）S+S^2-═S_n^2-
①寫出電解時陰極的電極反應式：2H⁺+2e^-=H₂↑．
②電解后陽極區的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質，其離子方程式可寫成S_n^2-+2H⁺=（n-1）S↓+H₂S↑．
（2）將H₂S和空氣的混合氣體通入FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂的混合溶液中反應回收S，其物質轉化如圖2所示．
①在圖示的轉化中，化合價不變的元素是Cu、H、Cl．
②反應中當有1mol H₂S轉化為硫單質時，保持溶液中Fe³⁺的物質的量不變，需消耗O₂的物質的量為0.5mol．
③在溫度一定和不補加溶液的條件下，緩慢通入混合氣體，并充分攪拌．欲使生成的硫單質中不含CuS，可采取的措施有增大混合氣體中空氣的比例．
（3）H₂S在高溫下分解生成硫蒸氣和H₂．若反應在不同溫度下達到平衡時，混合氣體中各組分的體積分數如圖3所示，H₂S在高溫下分解反應的化學方程式為2H₂S $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂．

Answer 1

分析 （1）①陰極上氫離子放電生成氫氣，陽極上硫離子放電，電極反應式為S^2--2e^-═S；
②S_n^2-和氫離子反應生成S單質，S元素失電子發生氧化反應，同時S元素得電子生成H₂S；
（2）①根據圖中各元素化合價變化分析，該反應中S元素化合價由-2價變為0價、O元素化合價由0價變為-2價；
②根據氧化還原反應中得失電子相等計算；
③使生成的硫單質中不含CuS，則硫離子不能有剩余，硫離子完全被氧化為硫單質；
（3）根據題意知，該反應是可逆反應，反應物是硫化氫，根據圖象知，生成物中含有S元素的物質是氫氣的一半，則生成物是S₂和H₂，再結合反應條件書寫方程式．

解答 解：（1）①陽極上硫離子放電，電極反應式為S^2--2e^-═S，陰極上氫離子放電生成氫氣，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②電解后陽極區離子為S_n^2-，酸性條件下，S_n^2-和氫離子反應生成S單質，S元素失電子發生氧化反應生成S單質，同時S元素得電子生成H₂S，反應方程式為S_n^2-+2H⁺=（n-1）S↓+H₂S↑，
故答案為：S_n^2-+2H⁺=（n-1）S↓+H₂S↑；
（2）①根據圖中各元素化合價知，Cu元素化合價都是+2價、H元素化合價都是+1價、Cl元素化合價都是-1價，所以化合價不變的是Cu、H、Cl元素，
故答案為：Cu、H、Cl；
②H₂S不穩定，易被氧氣氧化生成S單質，反應方程式為2H₂S+O₂=2S+2H₂O，該反應中S元素化合價由-2價變為0價、O元素化合價由0價變為-2價，根據氧化還原反應中得失電子相等得，反應中當有1mol H₂S轉化為硫單質時，保持溶液中Fe³⁺的物質的量不變，消耗O₂的物質的量=$\frac{1mol}{2}$=0.5mol，
故答案為：0.5mol；
③使生成的硫單質中不含CuS，則硫離子不能有剩余，硫離子完全被氧化為硫單質，所以氧氣必須過量，采取的措施是：增大混合氣體中空氣的比例；
故答案為：增大混合氣體中空氣的比例；
（3）根據題意知，該反應是可逆反應，反應物是硫化氫，根據圖象知，生成物中含有S元素的物質是氫氣的一半，則生成物是S₂和H₂，所以該反應方程式為2H₂S $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂，
故答案為：2H₂S $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂．

點評 本題以S及其化合物的性質為載體考查了電解原理的應用、氧化還原反應，圖象分析判斷等知識點，會正確分析圖象中各個物理量的含義是解本題關鍵，再結合氧化還原反應中各個物理量之間的關系，化學方程式書寫等有關知識來分析解答即可，題目難度中等．