Question

【題目】H2S 是一種大氣污染物，工業上采取多種方法減少它的排放。

(1)工業上可采取生物脫H2S 方法減少H2S 的排放。生物脫H2S 的原理為:H2S + Fe2(SO4)3= S↓+ 2FeSO4 + H2SO4 4FeSO4 +O2 +2H2SO4 2Fe2(SO4)3+2H2O

試回答下列問題:

①硫桿菌存在時，FeSO4被氧化的速率是無菌時5.0×105倍，該菌的作用是_________。

②由下圖1和圖2 判斷使用硫桿菌的最佳條件為_________。若反應溫度過高，反應速率下降，其原因是____________。

(2) 羰基硫(COS) 常在石化工業中用作在線儀表的校正氣、標準氣。其制備方法之一是H2S 與COS 在高溫下發生反應: H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g) 在610K 時，將0.40mol H2S 與0.10molCO2充入2.5 L 的空鋼瓶中，H2S的平衡轉化率與溫度的關系如圖所示:

①下列說法能表明反應已達平衡狀態的是__________。

A.H2S 和CO2的物質的量之比保持不變 B.混合氣體的密度保持不變

C.混合氣體的平均相對分子質量不再變化D.v逆(H2S)=V正(COS)

②該反應的△H______0.(填“>”“<”或“=”)；x點對應溫度下反應的平衡常數K=_____(保留兩位有效數字)。

③在620K重復試驗，若平衡后水的物質的量分數為0.030.則H2S 的轉化率a=_____%。

Answer 1

【答案】 降低反應活化能（或作催化劑） 30℃、pH=2.0 蛋白質變性（或硫桿菌失去活性） AD ＞ 2.8×10–3（或0.0028） 3.75

【解析】（1）①根據硫桿菌存在時，FeSO4被氧化的速率遠大于無菌時的速率可知，硫桿菌的存在降低了反應的活化能，作催化劑。②由圖1可知，30℃左右氧化速率最大，由圖2可知，pH=2.0時氧化速率最大，所以使用硫桿菌的最佳條件為：30℃、pH=2.0；若反應溫度過高，硫桿菌蛋白質變性失去生理活性，所以反應速率下降。

（2）①A項，開始0.40molH2S與0.10molCO2充入空鋼瓶中，由化學方程式可得，H2S與CO2按1：1的物質的量之比反應，所以只要不平衡，H2S和CO2的物質的量之比就會不斷變化，故H2S和CO2的物質的量之比保持不變時說明已經達到化學平衡狀態，A正確；B項，根據質量守恒定律，混合氣體總質量不變，容積不變，所以混合氣體的密度始終保持不變，不能根據密度判斷是否達到平衡狀態，故B錯誤；C項，該反應氣體質量不變、分子數不變，所以平均相對分子質量始終不變，不能根據平均相對分子質量判斷是否達到平衡狀態，故C錯誤；D項，v正(H2S)=v逆(COS)，又因為v逆(H2S)=v逆(COS)，則v正(H2S)=v逆(H2S)，故已達到化學平衡狀態，D正確；綜上，選AD。②由圖可得，溫度升高H2S的轉化率增大，說明升溫化學平衡正向移動，所以△H>0；x點H2S的轉化率為2.5%，則反應的硫化氫為：0.40mol×2.5%=0.01mol，由化學方程式及初始物質的量列三段式：

所以K==≈2.8×10–3（或0.0028）(保留兩位有效數字)。

③該反應前后氣體物質的量不變，在620K重復試驗，若平衡后水的物質的量分數為0.030，則水的物質的量為：(0.40mol+0.10mol)×0.030=0.015mol，所以反應的H2S為0.015mol，則H2S的轉化率a=0.015mol÷0.40mol×100%=3.75%。