Question

【題目】羰基硫(O＝C＝S)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。羰基硫的氫解反應(yīng)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) △H1=+7kJ/mol

②水解反應(yīng):COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2

已知反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:

化學(xué)鍵	C=O(CO2)	C=O(COS)	C=S	H-S	H-O
E/kJ·mol-1	803	742	577	339	465

回答下列問題:

（1）在以上脫除COS的反應(yīng)中，若某反應(yīng)有1mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則該反應(yīng)吸收的熱量為____kJ。

（2）已知熱化學(xué)方程式CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H3，則△H3=_____kJ/mol。

（3）某溫度下，在某密閉容器中進行COS的氫解反應(yīng)

①當(dāng)反應(yīng)達到限度后，增大容器的體積，則正反應(yīng)速率_____(填“增大”“減小”或“不變”)；

②當(dāng)容器體積不變時，若起始時充入COS和H2的體積比為1:2，下列情形能表明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是______。

a.氣體密度不變 b.COS與H2濃度比不變

c.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變 d.COS體積分數(shù)不變

③當(dāng)容器體積不變時，若COS和H2的起始物質(zhì)的量比為1:a，平衡后COS和H2的物質(zhì)的量比為1:10a，則此溫度下H2平衡轉(zhuǎn)化率為______(用含a的式子表示)。

（4）羰基硫的氫解或水解反應(yīng)能否設(shè)計成原電池_____(能或否)，理由是________。

（5）用金屬儲氫材料(MH)、鉑(Pt)、硫酸溶液組成的原電池可以使羰基硫脫硫處理。

①原電池的負極材料是____(填化學(xué)式)。

②寫出原電池的正極反應(yīng)式_________，正極周圍溶液pH______(填“增大”“減小”或“不變”)。

③原電池工作時，硫酸溶液的作用是___________。

Answer 1

【答案】 3.5 -42 減小 bd 9/(10a-1) 否 氫解反應(yīng)吸熱，水解反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng) MH COS+2e-+2H+=H2S+CO 增大 形成回路，提供酸性環(huán)境

【解析】（1）反應(yīng)①氫解反應(yīng)：COS（g）+H2（g）＝H2S（g）+CO（g）轉(zhuǎn)移電子是2mol，吸熱是7kJ；若某反應(yīng)有1mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則該反應(yīng)吸收熱量為3.5kJ；（2）COS（g）+H2O（g）＝H2S（g）+CO2（g）的焓變=（742+465×2）kJ/mol－（339+803）kJ/mol=-35kJ/mol。已知：①氫解反應(yīng)：C COS（g）+H2（g）＝H2S（g）+CO（g）△H1=+7kJ/mol，②水解反應(yīng)：COS（g）+H2O（g）＝H2S（g）+CO2（g）△H2=-35kJ/mol；②-①得到CO（g）+H2O（g）＝CO2（g）+H2（g），根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變△H3＝-35kJ/mol-7kJ/mol=-42kJ/mol；（3）①當(dāng)反應(yīng)達到限度后，增大容器的體積，濃度減小，則正反應(yīng)速率減小；②a.密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，氣體密度不變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，a錯誤；b.起始時充入COS和H2的體積比為1:2，而反應(yīng)是按照1：1反應(yīng)，所以COS與H2濃度比不變時說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，b正確；c.混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，反應(yīng)前后質(zhì)量和物質(zhì)的量均是不變的，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，c錯誤；d.COS體積分數(shù)不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，d正確，答案選bd；③根據(jù)反應(yīng)的方程式可知

COS（g）+H2（g）＝H2S（g）+CO（g）

起始量（mol） n na 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x x x x

平衡量（mol） n－x na－x x x

則，解得，所以此溫度下H2平衡轉(zhuǎn)化率為；（4）放熱的、能自發(fā)的氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計成原電池；氫解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，水解反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)，都不可以設(shè)計成原電池；（5）①金屬儲氫材料（MH）、鉑（Pt）、硫酸溶液組成的原電池中，金屬失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負極，因此負極材料MH；②原電池的正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：COS+2e-+2H+=H2S+CO，正極消耗氫離子，所以正極周圍溶液pH增大；③根據(jù)以上分析可知原電池工作時，硫酸溶液的作用是形成回路，提供酸性環(huán)境。