Question

20．天然氣含有硫化氫氣體，回收并綜合利用硫化氫有重要的經濟價值和環境保護意義．如硫化氫可經過一系列反應制得硫酸：
H₂S$→_{點燃}^{O_{2}}$SO₂$\stackrel{H_{2}O}{→}$H₂SO₃$\stackrel{氧化}{→}$H₂SO₄
（1）物質發生不完全燃燒時的反應熱難以通過實驗測得．已知硫化氫氣體的燃燒熱是586kJ/mol，固體硫單質的燃燒熱是297　kJ•mol^-1．寫出硫化氫氣體不完全燃燒生成固體硫單質的熱化學方程式H₂S（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=S（s）+H₂O （l）△H=-279kJ/mol．
（2）工業生產中硫化氫尾氣可用NaOH溶液吸收．
①吸收尾氣后得到的Na₂S溶液顯堿性（填“酸”、“堿”、“中”）；
②下列與H₂S、NaHS和Na₂S相關的離子方程式正確的是（填字母序號）AC．
A．H₂S+OH^-=HS^-+H₂O             
B．HS^-+H₂O=H₂S+OH^-
C．HS^-+H₂O?S^2-+H₃O⁺         
D．S^2-+H₂O?H₂S+2OH^-
（3）在一定溫度下，某容器中發生2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）的反應，測得相應時間時部分物質的濃度（mol•L^-1）如下表，根據表中數據回答問題：

時間 物質	0min	20min	60min	90min	120min
H2S			0.006	0.005
H2	0	0.002	0.004
S2	0		0.002		0.0025

①判斷90min時反應速率v_（正）= v_（逆）（填“＞”、“=”或“＜”）；
②求該溫度下反應的化學平衡常數（不必寫出計算過程）K=0.0025 mol•L^-1．
（4）以硫化氫為原料，使用質子固體電解質（能傳導H⁺）構成燃料電池，硫化氫放電后生成硫蒸氣（化學式S₂），該燃料電池的負極反應式為2H₂S-4e^-=S₂+4H⁺．
（5）硫酸是強酸，在圖中畫出硫酸溶液和氫氧化鈉溶液反應過程的能量變化示意圖．

Answer 1

分析 （1）已知S的燃燒熱為297kJ•mol^-1，熱化學方程式為①S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297KJ/mol，
H₂S完全燃燒的熱化學方程式為②H₂S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=SO₂（g）+H₂O （l）△H=-586kJ/mol，
由蓋斯定律②-①得到H₂S不完全燃燒生成固態硫和液態水：H₂S（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=S（s）+H₂O （l）；
（2）①Na₂S為強堿弱酸鹽，硫離子水解；
②H₂S為弱酸，NaHS和Na₂S為鹽，弱酸分步電離，鹽完全電離，酸式酸根離子在離子反應中不能拆分；
（3）發生2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）的反應，
①60 min到90 minH₂S分解了0.001 mol•L^-1，同時段應生成H₂0.001 mol•L^-1和S₂0.0005 mol•L^-1，即容器內的H₂和S₂濃度分別為0.005 mol•L^-1和0.0025 mol•L^-1，而120 min時的S₂濃度仍為0.0025 mol•L^-1；
②結合K=$\frac{{c}^{2}（{H}_{2}）c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}S）}$計算；
（4）硫化氫放電后生成硫蒸氣（化學式S₂），則負極上硫化氫失去電子；
（5）硫酸溶液和氫氧化鈉溶液反應，為中和反應，放出熱量．

解答 解：（1）已知S的燃燒熱為297kJ•mol^-1，熱化學方程式為①S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297KJ/mol，
H₂S完全燃燒的熱化學方程式為②H₂S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=SO₂（g）+H₂O （l）△H=-586kJ/mol，
由蓋斯定律②-①得到H₂S不完全燃燒生成固態硫和液態水：H₂S（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=S（s）+H₂O （l）△H=-279kJ/mol，
故答案為：H₂S（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=S（s）+H₂O （l）△H=-279kJ/mol；
（2）①Na₂S為強堿弱酸鹽，硫離子水解，則溶液顯堿性，故答案為：堿；
②A．H₂S+OH^-=HS^-+H₂O，為酸堿中和的離子反應，故A正確；
B．HS^-+H₂O=H₂S+OH^-，水解為可逆反應，應將“=”改為“?”，故B錯誤；
C．HS^-+H₂O?S^2-+H₃O⁺，為電離的離子反應，故C正確；
D．S^2-+H₂O?H₂S+2OH^-，不符合水解分步進行，以第一步為主，故D錯誤；
故答案為：AC；
（3）發生2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g）的反應，
①60 min到90 minH₂S分解了0.001 mol•L^-1，同時段應生成H₂0.001 mol•L^-1和S₂0.0005 mol•L^-1，即容器內的H₂和S₂濃度分別為0.005 mol•L^-1和0.0025 mol•L^-1，而120 min時的S₂濃度仍為0.0025 mol•L^-1，故90 min時反應已達平衡狀態，正、逆反應速率相等，90min時反應速率v_（正）=v_（逆），故答案為：=；
②$K=\frac{{{c^2}（{H_2}）•c（{S_2}）}}{{{c^2}（{{H_2}S}）}}=\frac{{{{（0.005\;mol•{L^{-1}}）}^2}×0.0025\;mol•{L^{-1}}}}{{{{（0.005\;mol•{L^{-1}}）}^2}}}=0.0025\;mol•{L^{-1}}$，故答案為：0.0025 mol•L^-1；
（4）硫化氫放電后生成硫蒸氣（化學式S₂），則負極上硫化氫失去電子，該燃料電池的負極反應式為2H₂S-4e^-=S₂+4H⁺，故答案為：2H₂S-4e^-=S₂+4H⁺；
（5）硫酸溶液和氫氧化鈉溶液反應，為中和反應，放出熱量，反應過程的能量變化示意圖為，故答案為：．

點評 本題考查較綜合，為高頻考點，涉及熱化學反應、鹽類水解、化學平衡的計算及原電池等，側重化學反應原理及應用能力的考查，題目難度中等．