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= -35 kJ/mol

請(qǐng)回答下列問題：

(1)氧硫化碳的電子式為____________。

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

(3)在密閉恒溫(高于100℃)恒容裝置中進(jìn)行水解反應(yīng)，下列能說明達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________________。

A.混合氣體密度不再改變 B.混合氣體壓強(qiáng)不再改變

C.混合氣體平均摩爾質(zhì)量不再改變 D. COS(g) 的濃度不變

(4)①上述氫解反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度降低而________(填“增大”或“減小”)。

②某溫度下，體積為2L的恒容體系中，物質(zhì)的量分別為m mol、n mol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，得到如圖圖像：

COS水解的最佳溫度是 __________ ；理由是 ________ 。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+42kJ/mol D 減小 mα2 /(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）已知①COS(g) + H2(g)H2S(g) + CO(g) ΔH1 = + 7kJ/mol

②COS(g) + H2O(g)H2S(g) + CO2(g) ΔH2= -35 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，①-②得： CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，據(jù)此計(jì)算△H3并寫出熱化學(xué)方程式；

（3）可逆反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相等，某一成分的百分含量保持不變的狀態(tài)，可逆反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

（4）①氫解反應(yīng)的正向是吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡逆向進(jìn)行；

②假設(shè)反應(yīng)容器體積為V L，COS起始物質(zhì)的量為m，轉(zhuǎn)化率為a，則變化量為m a，列出三段式：

將數(shù)據(jù)代入平衡常數(shù)表達(dá)式即可；

（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)已知①COS(g) + H2(g)H2S(g) + CO(g) ΔH1 = + 7kJ/mol

②COS(g) + H2O(g)H2S(g) + CO2(g) ΔH2= -35 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律,①②得： CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3= ΔH1 ΔH2= + 7kJ/mol(-35 kJ/mol)=+42kJ/mol,反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+42kJ/mol ，

故答案為：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+42kJ/mol ；

水解反應(yīng)：COS(g) + H2O(g)H2S(g) + CO2(g) 反應(yīng)的特點(diǎn)是生成物和反應(yīng)物都是氣體并且是等物質(zhì)的量的反應(yīng)，

混合氣體密度不再改變 ，因?yàn)榉磻?yīng)物和生成物都是氣體，反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，容器又是恒容的，所以密度不變不能作為平衡的依據(jù)，故A錯(cuò)誤；

該水解反應(yīng)是等物質(zhì)的量的反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的總物質(zhì)的量不變，容器的體積不變，所以任意時(shí)刻壓強(qiáng)不變，故B錯(cuò)誤；

該水解反應(yīng)是等物質(zhì)的量的反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)物和生成物都是氣體，反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，得出平均摩爾質(zhì)量不變，故C錯(cuò)誤；

COS(g) 的濃度不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，處于平衡狀態(tài)，故D正確；

故選：D。

(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

則平衡常數(shù)K== mα2 /(1-α)(n-mα) ，

故答案為：mα2 /(1-α)(n-mα) ；

(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。