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

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已知元素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，则R的原子结构示意图为______．②常温下，不能与M单质发生反应的是______（填序号）．a．CuSO4溶液 b．Fe2O3 c．浓硫酸 d．NaOH溶液 e．Na2CO3固体（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．图中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逼近的原因是______．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______；反应池中发生反应的化学方程式为______．反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为______．（3）H2S在足量氧气中燃烧可以得SO2，若在一个固定容积为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”），再次达到平衡后，SO3的物质的量的取值范围为______ mol．

Answer 1

（1）①M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，其原子结构示意图为，
故答案为：；
②M为Al具有还原性，能与具有氧化性的物质发生反应，如a、c，还能与d中NaOH溶液反应生成氢气，而高温下与氧化铁反应，与碳酸钠不反应，
故答案为：be；
（2）①以H₂S起始浓度均为cmol?L^-1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

15

c；
温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短，
故答案为：=

4

15

c；温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短；
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⁺

电解  .

2Fe³⁺+H₂↑，
故答案为：增大反应物接触面积，使反应更充分；H₂S+2FeCl₃=2FeCl₂+S↓+2HCl；2Fe²⁺+2H⁺

电解  .

2Fe³⁺+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+O₂?2SO₃可知n（SO₃）=0.4mol，
所以再次达到平衡时，0.36＜n（SO₃）＜0.40mol，
故答案为：向正反应方向；0.36＜n（SO₃）＜0.40．