Question

【題目】將H2S轉(zhuǎn)化為可再利用的資源是能源研究領(lǐng)域的重要課題。

（1）H2S的轉(zhuǎn)化

Ⅰ	克勞斯法
Ⅱ	鐵鹽氧化法
Ⅲ	光分解法

① 反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式是________。

② 反應(yīng)Ⅱ：____+ 1 H2S ==____Fe2+ + ____S↓ + ____（將反應(yīng)補(bǔ)充完整）。

③ 反應(yīng)Ⅲ體現(xiàn)了H2S的穩(wěn)定性弱于H2O。結(jié)合原子結(jié)構(gòu)解釋二者穩(wěn)定性差異的原因：_______。

（2）反應(yīng)Ⅲ硫的產(chǎn)率低，反應(yīng)Ⅱ的原子利用率低。我國(guó)科研人員設(shè)想將兩個(gè)反應(yīng)耦合，實(shí)現(xiàn)由H2S高效產(chǎn)生S和H2，電子轉(zhuǎn)移過(guò)程如圖。

過(guò)程甲、乙中，氧化劑分別是______。

（3）按照設(shè)計(jì)，科研人員研究如下。

① 首先研究過(guò)程乙是否可行，裝置如圖。經(jīng)檢驗(yàn)，n極區(qū)產(chǎn)生了Fe3+，p極產(chǎn)生了H2。n極區(qū)產(chǎn)生Fe3+的可能原因：

ⅰ．Fe2+ - e- = Fe3+

ⅱ．2H2O -4e-=O2 +4H+，_______（寫(xiě)離子方程式）。經(jīng)確認(rèn)，ⅰ是產(chǎn)生Fe3+的原因。過(guò)程乙可行。

② 光照產(chǎn)生Fe3+后，向n極區(qū)注入H2S溶液，有S生成，持續(xù)產(chǎn)生電流，p極產(chǎn)生H2。研究S產(chǎn)生的原因，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案：______。 經(jīng)確認(rèn)，S是由Fe3+氧化H2S所得，H2S不能直接放電。過(guò)程甲可行。

（4）綜上，反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ能耦合，同時(shí)能高效產(chǎn)生H2和S，其工作原理如圖。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，除了Fe3+/Fe2+ 外，I3-/I- 也能實(shí)現(xiàn)如圖所示循環(huán)過(guò)程。結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)，說(shuō)明I3-/I- 能夠使S源源不斷產(chǎn)生的原因：________。

Answer 1

【答案】↓ 2Fe3+ 2 1 2H+ O與S位于同主族，原子半徑S>O，得電子能力S<O，非金屬性S<O，氫化物穩(wěn)定性H2S<H2O 、 將溶液換成溶液 在電極上放電：。在溶液中氧化：。和循環(huán)反應(yīng)。

【解析】

（1）H2S具有較強(qiáng)的還原性，利用氧化還原反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為S，據(jù)此分析；

（2）氧化劑具有氧化性，易得電子，化合價(jià)降低，據(jù)此作答；

（3）根據(jù)光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，討論負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)；

（4）根據(jù)電解質(zhì)溶液中正負(fù)極反應(yīng)方程式，及各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系作答。

（1）①H2S在氧氣氧化作用下生成S，其化學(xué)方程式為：↓；

②H2S為Fe3+氧化為S，依據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律可知，其離子方程式為：2 Fe3++ 1 H2S ==2Fe2+ + S↓ +2H+，故答案為：2 Fe3+：2；1：2H+；

③O與S位于同主族，原子半徑S>O，得電子能力S<O，非金屬性S<O，氫化物穩(wěn)定性H2S<H2O；

（2）過(guò)程甲中，S元素化合價(jià)從-2價(jià)升高到0價(jià)，Fe元素從+3降低到+2價(jià)，則氧化劑為Fe3+；過(guò)程乙中，Fe元素從+2升高到+3價(jià)，H元素化合價(jià)從+1價(jià)降低到0價(jià)，則氧化劑為H+；

（3）n極區(qū)產(chǎn)生了Fe3+，p極產(chǎn)生了H2，則n極為氧化反應(yīng)，是原電池的負(fù)極，p極發(fā)生了還原反應(yīng)是原電池的正極，負(fù)極區(qū)，除了Fe2+失電子生成Fe3+以外，也可能是水失電子生成的氧氣將Fe2+氧化成Fe3+所致，其離子方程式為：2H2O -4e-=O2 +4H+，；

②為了研究S是由于H2S失電子發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的，避免溶液中其他離子的干擾，需要將將溶液換成溶液，進(jìn)行驗(yàn)證。

（4）根據(jù)上述工作原理可知，I3-/I- 能夠使S源源不斷產(chǎn)生，主要是因?yàn)?/span>在電極上放電：。在溶液中氧化：。和循環(huán)反應(yīng)。