[一道关于天然气脱硫的化学试题研究] 电厂烟气脱硫 化学试题

　　我国目前已经成为了天然气的生产大国和消费大国，而我国开采的天然气中大多都含有大量的硫化氢，直接燃烧既产生了大气污染，又浪费了资源，因此，天然气的脱硫与回收利用已经成了当务之急。2007年重庆理科综合试卷中就有以此为题，为我们提供了一些新思路，同时也可以考查我们多种能力，参考价值较大。
　　题目：脱除天然气中的硫化氢既能减少环境污染，又可回收硫资源。
　　（1）硫化氢与FeCl3溶液反应生成单质硫，其离子方程式为：[CD#4]。
　　（2）用过量NaOH溶液吸收硫化氢后，以石墨作电极电解该溶液可回收硫，其电解总反应方程式（忽略氧的氧化还原）为[CD#4]；该方法的优点是[CD#4]。
　　（3）一定温度下，1molNH4HS固体在定容真空容器中可部分分解为硫化氢和氨气。
　　[TPy6-11.tif；X*2，BP#]
　　①当反应达到平衡时[WTBX]P(氨气)×P(硫化氢)=a(Pa)2，则容器中的总压为[CD#4]Pa。
　　②在上图中描述反应过程中生成物浓度随时间的变化。
　　知识链接：硫化氢是一种没有颜色、有臭鸡蛋气味的气体；有剧毒，是一种空气污染物。如果空气中含有微量的硫化氢，就会使人感到头痛、头晕和恶心，如果吸入较多的硫化氢气体会使人昏迷甚至死亡。硫化氢的化学性质主要有：①可燃性气体，2H2S+3O2[FY（=]点燃[FY）]2H2O+2SO2；②不稳定性，受热可以分解成硫和氢气：H2S[FY（=]△[FY）]S+H2；③还原性，能与大多数氧化剂反应，如Cl2、Br2、HNO3、KMnO4、浓H2SO4等。硫化氢的水溶液是氢硫酸，是一种二元弱酸，具有酸的通性，与碱反应时分两步进行，如H2S+NaOH[FY=]NaHS+H2O、NaHS+NaOH[FY=]Na2S+H2O；故可以用碱吸收H2S的方法，防止H2S的污染。硫化氢的检验方法是，用湿润的醋酸铅试纸接近气体，若试纸变黑，则说明含有硫化氢。
　　解析：（1）H2S具有还原性，FeCl3具有氧化性，故将H2S气体通入FeCl3溶液中会发生氧化还原反应，反应的化学方程式为：2FeCl3+H2S[FY=]2FeCl2+S↓+2HCl，离子方程式为：2Fe3++H2S[FY=]S↓+2Fe2++2H+。（2）用过量的NaOH溶液吸收H2S发生的反应为：2NaOH+H2S[FY=]Na2S+2H2O，以石墨电极电解Na2S溶液，由于溶液中阴离子的还原性：S2－＞OH－，阳离子的氧化性：H+＞Na+，根据电解原理有电极反应：阴极为2H2O-2e－[FY=]H2↑+2OH-（氧化反应）、阳极为S2-+2e－[FY=]S↓，总反应为：Na2S+2H2O[FY（=]电解[FY）]2NaOH+H2↑+S↓，离子方程式为S2－+2H2O[FY（=]电解[FY）]S↓+H2↑+2OH－。电解生成的NaOH可以继续用于吸收H2S。（3）①由NH4HS(s)[FYKN]NH3(g)+H2S(g)知，平衡时c(NH3)=c(H2S)，根据阿伏加德罗定律知：同温同容时，压强之比等于物质的量之比，也等于浓度之比，结合题中给的p(NH3)×P(H2S)=a(Pa)2可得出P(NH3)=不例外P(H2S)=a，则容器内的总压强为P(NH3)+P(H2S)=2a。②在t2时刻达平衡时，增大反应物的浓度[c(NH3)]，瞬时c(NH3)变到最大、c(H2S)没有变化，随后平衡向正反应方向移动，使c(NH3)和c(H2S)都逐渐减小，到达t3时刻时又达到新的平衡，故二者的浓度时间变化可用图描述出来。
　　答案：（1）2Fe3++H2S=S↓+2Fe2++2H+
　　（2）Na2S+2H2O[FY（=]电解[FY）]S↓+H2↑+2NaOH或S2－+2H2O[FY（=]电解[FY）]S↓+H2↑+2OH－可产生氢气，生成的NaOH可循环利用
　　（3）①2a②如图：
　　[TPy6-12.tif；X*2，BP#]
　　解后启示：通过该题，可以整理出天然气脱硫的基本思路是将硫化氢进行收利用。回收的方法主要有：①氢氧化钠吸收法，原理是：2NaOH+H2S[FY=]Na2S+2H2O，然后再电解Na2S得到硫，NaOH可以重复使用；②氨水吸收法，原理是：2NH3?H2O+H2S[FY=](NH4)2S+2H2O，(NH4)2S+H2S[FY=]2NH4HS，NH4HS受热分解可以得到NH3和H2S，NH3可以重复使用，回收的H2S是一种重要的原料；③氧化还原反应吸收法，原理是利用H2S具有还原性，直接选择合适的氧化剂将H2S转化为单质硫。
　　（作者单位：河南省范县第一中学）