Question

工业上制取氢气除电解水外还有多种方法。

（1）工业上可用组成为K₂O·M₂O₃·2RO₂·nH₂O的无机材料纯化制取氢气。

① 元素M、R均位于元素周期表中第3周期，两种元素原子的质子数之和为27，R在周期表的位置为            。

② 常温下，不能与M单质发生反应的是            （填代号）。

a．CuSO₄溶液          b．Fe₂O₃          c．浓硫酸         d．NaOH溶液

（2）工业上也可利用化石燃料开采、加工过程中产生的H₂S废气制取氢气．

①高温热分解法  已知：H₂S(g)H₂(g)+S(g)在恒温密闭容器中，控制不同温度进行H₂S分解实验．以H₂S起始浓度均为c mol·L^－1测定H₂S的转化率，结果见图1，a为H₂S的平衡转化率与温度关系曲线，b为表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率的变化曲线．据图计算985℃时H₂S按上述反应分解的平衡常数K =         ；随着温度的升高，曲线b向曲线a越来越靠近的原因是            。

②电化学法：该法制取氢气的过程如图2所示．反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是            ；反应池中反应的化学方程式为             ，反应后的溶液进入电解池，电解时总反应的离子方程为                     。

（3）H₂S充分燃烧可以得生成SO₂，在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO₃ 0.18mol．若继续通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，则平衡       移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”），再次平衡后，SO₃的物质的量的取值范围为       mol。

Answer

（1）①第三周期ⅣA族 ② b（2）①；温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短；②使反应物接触面积增大 H2S + 2FeCl3 = 2FeCl2 + S↓ + 2HCl；2Fe2+ + 2H+ Fe3+ + H2↑，（3）向正反应方向移动；0.36＜n(SO3)＜0.40．

【解析】

试题分析：（1）①根据K2O·M2O3·2RO2·nH2O可知M为+3价，R为+4价，均为第三周期元素，两种元素原子的质子数之和为27，则M为Al，R为Si，Si的质子数为14，在周期表的位置为第三周期ⅣA族；

②M为Al，Al是活泼金属，在常温下能与硫酸铜溶液发生置换反应，能在浓硫酸中钝化（化学变化），铝能与d中NaOH溶液反应生成氢气，而高温下与氧化铁发生铝热反应，答案选b；

（2）①以H2S起始浓度均为c mol/L测定H2S的转化率，985℃时H2S的转化率为40%，则

H2S（g）H2（g）+S（g）

开始 c 0 0

转化0.4c 0.4c 0.4c

平衡0.6c 0.4c 0.4c

该反应的平衡常数K=（0.4c×0.4c）÷0.6c=4/15c；

温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短，曲线b向曲线a逼近。

②反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，可使反应物接触面积增大；根据图2可知，反应池中反应物为FeCl3溶液和H2S，Fe3＋具有氧化性，H2S具有还原性，两者发生氧化还原反应为H2S + 2FeCl3 = 2FeCl2 + S↓ + 2HCl；电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子，电解总反应的离子方程式为2Fe2+ + 2H+ Fe3+ + H2↑。

（3）继续通入0.30molSO2和0.15molO2，容器内压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；用极限法求出n（SO3）的范围：假设平衡不移动，此时n（SO3）=0.18×2=0.36mol；

假设0.40molSO2完全生成SO3，根据化学方程式2SO2+O22SO3可知n（SO3）=0.4mol，

所以再次达到平衡时，0.36＜n（SO3）＜0.40mol。

【考点定位】考查化学平衡常数的含义,转化率随温度、压强的变化曲线,化学平衡的计算,电解原理。

【名师点睛】本题以硫化氢为载体考查物质的性质、影响反应速率的因素、化学平衡、电化学等，题目综合性强，难度较大，注意知识的迁移应用和信息的处理；注意极限法的应用。具体分析如下

（1）①M为+3价，R为+4价，均为第三周期元素，则M为Al，R为Si，Si的质子数为14；②M为Al具有还原性，能与具有氧化性的物质发生反应；

（2）①K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快；②反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，可增大反应物接触面积；反应池中发生氧化还原反应；电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子，以此来解答；

（3）根据影响化学平衡的因素来判断平衡移动方向，利用极限法求出再次达平衡后n（SO3）的范围．