Question

硫的化合物在科研、生活及化学工业中具有重要的作用。

（1）在废水处理领域中，H₂S或Na₂S能使某些金属离子生成极难溶的硫化物而除去。25 ℃，在0.10 mol·L^－1 H₂S溶液中，通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c(S^2－)关系如下表(忽略溶液体积的变化、H₂S的挥发)。

pH	3	5	7	9	11
c(S^2^－)/ (mol·L^－^1)	1.4×10^－^15	1.4×10^－^11	6.8×10^－^8	1.3×10^－^5	1.3×10^－^3

某溶液含0.020 mol·L^－1 Mn^2＋、0.10 mol·L^－1 H₂S，当溶液的pH＝5时，Mn^2＋开始沉淀，MnS的溶度积为______。

（2）工业上采用高温分解H₂S制取氢气，其反应为2H₂S(g)2H₂(g)＋S₂(g)　ΔH₁，在膜反应器中分离出H₂。

①已知：H₂S(g)H₂(g)＋S(g)　ΔH₂；2S(g)S₂(g)　ΔH₃，则ΔH₁＝______ (用含ΔH₂、ΔH₃的式子表示)。

②在密闭容器中，充入0.10 mol H₂S(g)，发生反应2H₂S(g)2H₂(g)＋S₂(g)，控制不同的温度和压强进行实验，结果如图所示。

图中压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为______，理由是______。若容器的容积为2.0 L，则压强为p₃，温度为950 ℃时，反应经3 h达到平衡，化学反应速率v(S₂)＝______；若压强p₂＝7.2 MPa、温度为975 ℃时，该反应的平衡常数K_p＝______（用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×物质的量分数，计算结果保留两位有效数字）。若保持压强不变，升温至1000 ℃时，则该反应的平衡常数_____（填“增大”“不变”或“减小”）。

（3）工业上用惰性电极电解KHSO₄饱和溶液制取H₂O₂，示意图如图所示：

①低温电解KHSO₄饱和溶液时阳极的电极反应式为______。

②K₂S₂O₈水解时生成H₂O₂和KHSO₄，该反应的化学方程式______。

Answer

2.8×10－13 2ΔH2＋ΔH3 p3>p2>p1 该反应的正反应为气体分子数增加的反应，其他条件相同时，压强增大平衡逆向移动，H2S的转化率减小，故p3>p2>p1 0.0025 mol·L－1·h－1 0.53 增大 2SO－2e－===S2O K2S2O8＋2H2O===H2O2＋2KHSO4

【解析】试题分析：（1）某溶液含0.020 mol•L-1Mn2+、0.1 mol•L-1H2S，当溶液的pH=5时，溶液里c(S2-)=1.4×10-11mol•L-1，Mn2+开始沉淀，则MnS的溶度积= c(S2-)×c(Mn2+)=0.020×1.4×10-11=2.8×10-13； （2）工业上采用高温分解H2S制取氢气，其反应为2H2S(g)2H2(g)+S2(g) △H1，在膜反应器中分离出H2。①ⅰH2S(g)H2(g)+S(g) △H2，ⅱ2S(g)S2(g)△H3，根据盖斯定律可知2H2S(g)2H2(g)+S2(g)为ⅰ×2+ⅱ得到的，故△H1=2ΔH2+ ΔH3；②因为恒温下压强越大，H2S的转化率越低，则图中压强p1、p2、p3由大到小的顺序为p3>p2>p1，理由是该反应的正反应为气体分子数增加的反应，其他条件相同时，压强增大平衡逆向移动，H2S 的转化率减小，故p3>p2>p1。压强为p3，温度为950℃时，H2S的转化率为30%，即变化量为0.10mol×30%=0.03mol，生成的S2(g)为0.03mol/2=0.015mol，达到平衡时v(S2)="(" 0.015mol/2L)÷3h=0.0025mol/(L·h)；若压强p2=7.2MPa，温度为975℃时，H2S的转化率为40%，即变化量为0.10mol×40%=0.04mol，则平衡时H2(g)为0.04mol，S2(g)的物质的量为0.02mol，H2S(g)的物质的量为0.06mol，总的物质的量为0.12mol，H2S(g)、H2(g)、S2(g)的分压分别为7.2MPa×(0.06/0.12)=3.6MPa，7.2MPa×(0.04/0.12)=2.4MPa，7.2MPa×(0.02/0.12)=1.2MPa，则反应的平衡常数Kp=(2.4MPa)2×1.2MPa÷(3.6MPa)2=0.53MPa，因恒压条件下，温度越高，H2S的转化率越大，说明升高温度平衡正向移动，若保持压强不变，升温到1000℃时，则该反应的平衡常数增大；（3）①低温电解饱和KHSO4溶液时阳极的电极反应式为2SO4 2−−2e−=S2O82−；②K2S2O8水解时生成H2O2和KHSO4，该反应的化学方程式为K2S2O8+ 2H2O = H2O2+2KHSO4。