Question

【題目】煤氣中主要的含硫雜質(zhì)有H2S以及CS2、COS等有機(jī)硫，煤氣燃燒后含硫雜質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化成SO2從而引起大氣污染。煤氣中H2S的脫除程度已成為其潔凈度的一個(gè)重要指標(biāo)，脫除煤氣中H2S的方法有干法脫硫和濕法脫硫，其中濕法脫硫的原理是利用Na2CO3溶液吸收H2S生成NaHS，再進(jìn)一步被空氣氧化成Na2S2O3。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）①Na2S2O3的化學(xué)名稱為___________。

（2）脫除煤氣中COS的方法有Br2的KOH溶液氧化法、H2還原法以及水解法等。

①COS的分子結(jié)構(gòu)與CO2相似，COS的電子式為_____________。

②Br2的KOH溶液將COS氧化為硫酸鹽和碳酸鹽的離子方程式為___________________；增大壓強(qiáng)，COS的轉(zhuǎn)化率_____________（填“提高”、“不變”或“降低”）。

③已知斷裂1mol化學(xué)鍵所需的能量如下：

化學(xué)鍵	H—H	C═O	C═S	H—S
E/kJmol-1	436	745	577	339	1072

H2還原COS發(fā)生的反應(yīng)為H2(g)+COS(g) ═H2S(g)+CO(g)，該反應(yīng)的ΔH=________kJ·mol-1。

④用活性α—Al2O3催化COS水解的反應(yīng)為COS(g)+ H2 O(g) CO2(g)+ H2S (g) ΔH<0，相同投料比、相同流量且在催化劑表面停留相同時(shí)間時(shí)，在相同的時(shí)間內(nèi)測(cè)得不同溫度下COS的轉(zhuǎn)化率（未達(dá)平衡）如圖1所示；某溫度下，COS的平衡轉(zhuǎn)化率與的關(guān)系如圖2所示。

由圖1可知，催化劑活性最大時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度約為_______；由圖2可知，P點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)K=____________（保留2位有效數(shù)字）。

（3）回收處理燃煤煙氣中SO2的方法之一是用氨水先將SO2轉(zhuǎn)化為NH4HSO3，再通入空氣將其氧化成(NH4)2SO4。能提高燃煤煙氣中SO2去除率的措施有__________（填字母）。

a．增大氨水濃度 b．增大燃煤煙氣的流速 c．升高溫度 d．增大壓強(qiáng)

Answer 1

【答案】硫代硫酸鈉 COS+4Br2+12OH- = CO32- + SO42- + 8Br- +6H2O 提高 +8 150℃ 0.048 ad

【解析】

(1) Na2S2O3的化學(xué)名稱是硫代硫酸鈉。

(2) ①CO2的結(jié)構(gòu)式為O=C=O，據(jù)此寫出COS的電子式。②Br2具有較強(qiáng)氧化性，COS中硫元素顯-2價(jià)，其中硫元素表現(xiàn)較強(qiáng)的還原性，結(jié)合題給信息寫出其離子方程式。③根據(jù)反應(yīng)熱ΔH=反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能，結(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)式計(jì)算。④由圖像1可知，COS的轉(zhuǎn)化率開(kāi)始一段時(shí)間隨溫度的升高而增大，當(dāng)溫度約為150℃時(shí)轉(zhuǎn)化率最大，隨后溫度升高COS轉(zhuǎn)化率反而減小，說(shuō)明催化劑的活性降低。圖2是COS的平衡轉(zhuǎn)化率隨變化曲線，P點(diǎn)的COS的平衡轉(zhuǎn)化率為30%，初始投料比=3，再根據(jù)反應(yīng)COS(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2S(g)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算。

(3)根據(jù)題給信息寫出去除SO2的化學(xué)方程式為SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq)， 2NH4HSO3(aq)+O2(g)=(NH4)2SO4(aq)+H2SO4(aq)，根據(jù)反應(yīng)速率和反應(yīng)進(jìn)行的限度分析。

(1) Na2S2O3的化學(xué)名稱是硫代硫酸鈉。

(2)①CO2的結(jié)構(gòu)式為O=C=O，S和O一樣都有6個(gè)價(jià)電子，COS的電子式為。

②Br2具有較強(qiáng)氧化性，COS中硫元素顯-2價(jià)，其中硫元素表現(xiàn)較強(qiáng)的還原性，反應(yīng)生成SO42-、CO32-、Br-和H2O，根據(jù)元素守恒和得失電子守恒寫出其離子方程式為COS+4Br2+12OH- = CO32- + SO42- + 8Br- +6H2O。該反應(yīng)的正反應(yīng)氣體體積減小，故增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以增大壓強(qiáng)，COS的轉(zhuǎn)化率提高。

③H2(g)+COS(g) ═H2S(g)+CO(g)，根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)式H-H，O=C=S，H-S-H，CC，有反應(yīng)熱ΔH=反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能=(1×436kJ/mol+1×745kJ/mol+1×577kJ/mol)－(2×339kJ/mol+1×1072kJ/mol)=+8kJ/mol。

④COS(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2S(g) ΔH<0，由圖1可知，相同投料比、相同流量且在催化劑表面停留相同時(shí)間時(shí)，COS的轉(zhuǎn)化率開(kāi)始一段時(shí)間隨溫度的升高而增大，當(dāng)溫度約為150℃時(shí)轉(zhuǎn)化率最大，所以催化劑活性最大時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度約為150℃。由圖2可知，P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，且COS的平衡轉(zhuǎn)化率為30%，初始投料比=3，設(shè)初始COS的物質(zhì)的量為a mol，容器體積為VL，則初始H2O的物質(zhì)的量為3a mol。達(dá)到平衡時(shí)COS轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為0.3a mol，則平衡時(shí)COS、H2O、CO2、H2S的物質(zhì)的量分別為0.7a mol、2.7a mol、0.3a mol、0.3a mol，由COS(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2S(g)知P點(diǎn)平衡常數(shù)K===≈0.048。

(3)根據(jù)題給信息可得：SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq)， 2NH4HSO3(aq)+O2(g)=(NH4)2SO4(aq)+H2SO4(aq)。a.增大氨水濃度，可使SO2的吸收率增大，反應(yīng)轉(zhuǎn)化得更徹底，可以有效提高SO2的去除率，a項(xiàng)正確；b. 增大燃煤煙氣的流速，將使氣體與溶液接觸時(shí)間縮短，燃煤煙氣吸收不充分，SO2的去除率降低，b項(xiàng)錯(cuò)誤；c.升高溫度氣體的溶解度減小，使?jié)獍彼畵]發(fā)，SO2溶解度降低，所以SO2的去除率降低，c項(xiàng)錯(cuò)誤；d.由去除SO2的反應(yīng)原理可知，增大壓強(qiáng)反應(yīng)速率增大，而且平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以增大壓強(qiáng)能夠有效增大SO2的去除率，d項(xiàng)正確；答案選ad。