17 第一部分 大题突破3 化学反应原理综合应用（Word教参）-【精讲精练】2024年高考化学二轮专题辅导与训练(B版)

大题突破(三)　化学反应原理综合应用 [对应学生用书P87] 1．(2022·全国乙卷)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题： (1)已知下列反应的热化学方程式： ①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－1036 kJ·mol－1 ②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝94 kJ·mol－1 ③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝－484 kJ·mol－1 计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝____________kJ·mol－1。 (2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺。即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是：利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是________________________，缺点是__________________。 (3)在1470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________kPa。 (4)在1373 K、100 kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S­Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。 ①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率______，理由是________________________________________________________________________。 ②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线____________，计算其在0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为____________kPa·s－1。 解析　(1)已知： ①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－1036 kJ/mol ②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝94 kJ/mol ③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝－484 kJ/mol 根据盖斯定律(①＋②)×－③，即得到2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝(－1036＋94) kJ/mol×＋484 kJ/mol＝170 kJ/mol； (2)根据盖斯定律(①＋②)×可得2H2S(g)＋O2(g)===S2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝(－1036＋94) kJ/mol×＝－314 kJ/mol，因此，克劳斯工艺的总反应是放热反应；根据硫化氢分解的化学方程式可知，高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此，高温热分解方法的优点是：可以获得氢气作燃料；但由于高温分解H2S会消耗大量能量，所以其缺点是耗能高； (3)假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和4 mol，根据“三段式”可知： 　　　 2H2S(g)S2(g)＋2H2(g) 始/mol 1 0 0 变/mol x 0.5x x 平/mol 1－x 0.5x x 平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为×100%＝50%，所以平衡常数Kp＝＝≈4.76 kPa； (4)①由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分压越小，相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，因此H2S平衡转化率越高； ②n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率越高，所以n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9反应进行到0.1 s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和9 mol，则根据“三段式”可知 　 　　2H2S(g)S2(g)＋2H2(g) 始/mol　　　1　　 　0　　 0 变/mol 0.24 0.12 0.24 平/mol 0.76 0.12 0.24 此时H2S的压强为×100 kPa≈7.51 kPa，H2S的起始压强为10 kPa，所以H2S分压的平均变化率为＝24.9 kPa·s－1。 答案　(1)170 (2)副产物氢气可作燃料　耗能高 (3)50%　4.76 (4)①越高　n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S平衡转化