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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:76 题号:22262965

油气开采、石油化工、煤化工等行业废气中普遍含有硫化氢,需要回收处理并加以利用。

I.已知下列反应的热化学方程式:

①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)   ∆H1

②4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g)   ∆H2

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)   ∆H3

④2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)   ∆H4


(1)∆H4=___________(用∆H1、∆H2、∆H3表示)。
(2)已知∆H4>0,___________有利于反应④正向自发进行。

A.低温             B.高温


(3)处理H2S普遍采用的方法是克劳斯工艺,即利用反应①和②生成S2;另一种方法是利用反应④分解H2S。相比克劳斯工艺,分解法的优点是___________,缺点是___________

II.在1373K、100 kPa下,分别将n(H2S):n(Ar)为4:1、1:1、1:4、1:9的H2S-Ar混合气体置于密闭容器中发生反应④,反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示:


(4)n(H2S):n(Ar)=1:9对应图中曲线___________,理由是___________

A.a             B.b             C.c             D.d


(5)n(H2S):n(Ar)=1:4的混合气体投料后,若将温度升高至1473K,达到平衡时混合气体中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为___________

III.在真空克劳斯法脱硫中,用K2CO3溶液吸收H2S。

电离平衡常数

H2CO3

H2S

K1

4.2×10-7

5.6×10-8

K2

5.6×10-11

1.2×10-15


(6)下列关于K2CO3溶液中微粒关系正确的是___________。
A.c(OH-)>c(HCO)B.c(H+)>c(HCO)
C.c(OH-)=c(H+)+c(HCO)+2c(H2CO3)D.2c(K+)=c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)

(7)K2CO3溶液吸收少量H2S的离子方程式为___________。计算该反应的平衡常数K=___________

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(1)在一定的条件下,天然气脱硫工艺中会发生以下反应:
2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)     ΔH1 
4H2S(g)+SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g)     ΔH2 
2H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(g)   ΔH3 
则相同条件下反应2S(g)=S2(g)△H=_______用含△H1、△H2△H3的代数式表示)。
(2)硫化氢分解反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g),在101 kPa时各气体的体积分数与温度的关系如下图所示:  

该反应的△H______0(填“>”、“<”)。
为提高H2S的平衡分解率,除改变温度外,还可采取的措施是______________________________
图中A点时反应的平衡常数Kp=______用平衡分压代替浓度,平衡分压=总压×物质的量分数)。
(3)我国学者发明的一种分解硫化氢制氢并回收硫的装置如下图所示:

该装置中能量转化的方式为____________________________________________________
Y极液中的电对(A/B)选用I3-/I-,装置工作时Y极上的电极反应式为__________________________,Y极溶液中发生的离子反应为________________________________;再列举一种可作为Y极循环液常见的电对:_______________
该分解H2S制氢的方法主要优点是_____________________________________________________
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【推荐2】氨氮(NH3、NH4+等)是一种重要污染物,可利用合适的氧化剂氧化去除。
(1)氯气与水反应产生的HClO可去除废水中含有的NH3
已知:NH3(aq)+HClO(aq)=NH2Cl(aq)+H2O(l) ΔH=a kJ·mol1
2NH2Cl(aq)+HClO(aq)=N2(g)+H2O(l)+3H(aq)+3Cl(aq) ΔH=b kJ·mol1
则反应2NH3(aq)+3HClO(aq)=N2(g)+3H2O(l)+3H(aq)+3Cl(aq)的ΔH________kJ·mol1
(2)在酸性废水中加入NaCl进行电解,阳极产生的HClO可氧化氨氮。电解过程中,废水中初始Cl浓度对氨氮去除速率及能耗(处理一定量氨氮消耗的电能)的影响如图所示。

①写出电解时阳极的电极反应式:________________
②当Cl浓度减小时,氨氮去除速率下降,能耗却增加的原因是____________________________
③保持加入NaCl的量不变,当废水的pH低于4时,氨氮去除速率也会降低的原因是____________________________
(3)高铁酸钾(K2FeO4)是一种高效氧化剂,可用于氨氮处理。K2FeO4在干燥空气中和强碱性溶液中能稳定存在。氧化剂的氧化性受溶液中的H浓度影响较大。
①碱性条件下K2FeO4可将水中的NH3转化为N2除去,该反应的离子方程式为________________________________
②用K2FeO4氧化含氨氮废水,其他条件相同时,废水pH对氧化氨氮去除率及氧化时间的影响如图所示。当pH小于9时,随着pH的增大,氨氮去除率增大、氧化时间明显增长的原因是_________________
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写出NH3还原NO至N2和水蒸气的热化学方程式___________
(2)东南大学王金兰课题组提出合成氨的“表面氢化机理”如图所示,在较低的电压下实现氮气的还原合成氨。

已知:第一步:*H++e-=*H(快)(吸附在催化剂表而的物种用*表示)
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第三步:___________(快)
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