Question

【題目】氧硫化碳(COS，結(jié)構(gòu)類似于CO2)廣泛存在于以煤為原料的各種化工原料氣中，能引起催化劑中毒、化學(xué)產(chǎn)品質(zhì)量下降和大氣污染。有多種方法可以脫氧硫化碳中的硫，其中氫解和水解反應(yīng)是兩種常用的脫硫方法，其反應(yīng)式分別為：

①氫解反應(yīng)：COS(g) +H2(g)H2S(g) + CO(g) ΔH1= +7kJ/mol

②水解反應(yīng)：COS(g) +H2O(g)H2S(g) +CO2(g) ΔH2=-35kJ/mol

請(qǐng)回答下列問題：

（1）氧硫化碳的電子式為_____。

（2）CO和H2O(g)能反應(yīng)生成CO2和H2，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_______。

（3）水解反應(yīng)達(dá)到平衡后，若減小容器的體積，逆反應(yīng)速率將_____（填增大、減少或不變，下同），COS的轉(zhuǎn)化率____。

（4）某溫度下，體積為2L的恒容體系中，物質(zhì)的量分別為mmol、nmol的COS蒸氣和H2氣發(fā)生氫解，已知COS的轉(zhuǎn)化率為α，則該溫度下的平衡常數(shù)K= ____（用m、n、α等符號(hào)表示）。

（5）某科研小組研究改進(jìn)催化劑TiO2/Al2O3和溫度對(duì)COS水解的影響，得到如圖

COS水解的最佳溫度是________；理由是___________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=－42kJ/mol 增大 不變 m α2 /(1-α)(n-mα) 300℃ 催化劑活性高，轉(zhuǎn)化率很大

【解析】

（1）氧硫化碳是共價(jià)化合物，碳原子分別與氧原子、硫原子之間形成2個(gè)共用電子對(duì)；

（2）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算可得；

（3）平衡后減小容器體積，容器中壓強(qiáng)增大，增大壓強(qiáng)，正、逆反應(yīng)速率都增大，平衡不移動(dòng)；

（4）依據(jù)題意建立三段式，依據(jù)平衡常數(shù)公式計(jì)算；

（5）由圖中信息分析300℃時(shí)COS的轉(zhuǎn)化率最高，催化劑的活性最強(qiáng)。

（1）氧硫化碳是共價(jià)化合物，碳原子分別與氧原子、硫原子之間形成2個(gè)共用電子對(duì)，其電子式為，故答案為：；

（2）根據(jù)蓋斯定律，②-①得CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），則△H3=△H2-△H1=（-35kJmol-1）-（+7kJmol-1）=-42kJmol-1，故答案為：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=-42kJmol-1；

（3）平衡后減小容器體積，容器中壓強(qiáng)增大，增大壓強(qiáng)，正、逆反應(yīng)速率都增大；該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，COS的轉(zhuǎn)化率不變，故答案為：增大；不變；

（4）假設(shè)反應(yīng)容器體積為VL，COS起始物質(zhì)的量為m，轉(zhuǎn)化率為a，則變化量為ma，則依據(jù)題意建立如下三段式：

COS（g）+H2（g）H2S（g）+CO（g）

起始（mol）m n 0 0

轉(zhuǎn)化（mol）ma ma ma ma

平衡（mol）m（1-a） n-ma ma ma

則平衡常數(shù)K===，故答案為：；

（5）由圖中信息分析300℃時(shí)COS的轉(zhuǎn)化率最高，催化劑的活性最強(qiáng)，則COS水解的最佳溫度是300℃，此時(shí)催化劑活性高，轉(zhuǎn)化率很大，故答案為：300℃；催化劑活性高，轉(zhuǎn)化率很大。