Question

【題目】合成氨及甲醇生產(chǎn)中微量的羰基硫(COS)也可引起催化劑中毒失活，常采用水解法進(jìn)行羰基硫的脫除，反應(yīng)原理為COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)。

回答下列問題：

（1）已知：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-18kJ·mol-1。若氫氣還原法脫除羰基硫的熱化學(xué)方程式為COS(g)+H2(g)CO(g)+H2S(g) △H=-17kJ·mol-1，則水解法脫除羰基硫?qū)��?yīng)的反應(yīng)熱△H=___。

（2）T℃時，向體積均為2L的甲、乙兩個密閉容器中，分別投入2molCOS(g)和2molH2O(g)，發(fā)生反應(yīng)COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)，甲在恒壓條件下達(dá)到平衡，乙在恒容條件下達(dá)到平衡。

①COS的平衡轉(zhuǎn)化率：甲__乙(填“>”“<”或“=”)，理由是__。

②下列情況能說明甲中反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__(填選項(xiàng)字母)。

A.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再發(fā)生變化

B.H2O和CO2的消耗速率相等

C.混合氣體的總壓保持不變

D.H2S和CO2的體積分?jǐn)?shù)之比不再變化

③乙中反應(yīng)開始時壓強(qiáng)為p0，由反應(yīng)開始至達(dá)到平衡狀態(tài)用時5min，達(dá)到平衡時c(H2S)=0.2mol·L-1，用COS(g)的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為__；在化學(xué)平衡體系中，用各氣體物質(zhì)的分壓替代濃度求得的平衡常數(shù)Kp=__。

（3）某實(shí)驗(yàn)室對羰基硫水解催化技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)條件下，僅改變溫度，相同時間內(nèi)羰基硫水解轉(zhuǎn)化率的改變?nèi)鐖D1所示，溫度高于200°C羰基硫轉(zhuǎn)化率減小，可能的原因?yàn)?/span>__(任寫兩條)；若保持溫度為250℃，僅改變水蒸氣含量，相同時間內(nèi)羰基硫水解轉(zhuǎn)化率的改變?nèi)鐖D2所示，該圖所得結(jié)論與根據(jù)方程式理論分析所得結(jié)論__(填“是”或“否”)一致，造成此結(jié)果可能的原因?yàn)?/span>__。

Answer 1

【答案】35kJ·mol-1 = 反應(yīng)是等體積反應(yīng)，平衡時兩個容器體積一樣大，轉(zhuǎn)化率相等 B 0.04 mol·L-1·min-1 0.0625 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率減小；溫度升高，催化劑活性降低，轉(zhuǎn)化率降低； 否 過量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，導(dǎo)致COS在活性中心吸附量減少，影響了催化劑內(nèi)表面上的利用率，使得COS的轉(zhuǎn)化率下降了

【解析】

⑴利用蓋斯定律將兩個方程式相加得到。

⑵①反應(yīng)是等體積反應(yīng)，平衡時兩個容器體積一樣大；②A. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量等于質(zhì)量除以物質(zhì)的量，質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，因此混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變，當(dāng)不再發(fā)生變化，不能說明達(dá)到平衡；B. H2O消耗速率相等，正向，CO2的消耗速率相等，逆向，兩個不同方向，且速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，因此能作為判斷平衡的標(biāo)志；C. 混合氣體的總壓始終不變，因此不能作為判斷平衡的標(biāo)志；D. H2S和CO2都為生成物，因此H2S和CO2體積分?jǐn)?shù)之比始終不變，因此不能作為判斷平衡的標(biāo)志；③先計(jì)算達(dá)到平衡時Δc(COS)，再計(jì)算COS(g)的平均反應(yīng)速率；再建立三段式。計(jì)算用各氣體物質(zhì)的分壓替代濃度求平衡常數(shù)。

⑶升高溫度，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率減��；溫度升高，催化劑活性降低，轉(zhuǎn)化率降低；若保持溫度為250℃，增加水蒸氣量，平衡正向移動，COS消耗更多，轉(zhuǎn)化率增大，如果過量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，影響了催化劑內(nèi)表面上的利用率，使得COS的轉(zhuǎn)化率下降了。

⑴將兩個方程式相加得到COS(g) + H2O(g) CO2(g)+H2S(g) △H=18kJ·mol-1 + (17kJ·mol-1)= 35kJ·mol-1；故答案為：35kJ·mol-1。

⑵T℃時，向體積均為2L的甲、乙兩個密閉容器中，分別投入2molCOS(g)和2molH2O(g)，發(fā)生反應(yīng)COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)，甲在恒壓條件下達(dá)到平衡，乙在恒容條件下達(dá)到平衡。

①反應(yīng)是等體積反應(yīng)，平衡時兩個容器體積一樣大，兩個容器COS的平衡轉(zhuǎn)化率相等故答案為：=；反應(yīng)是等體積反應(yīng)，平衡時兩個容器體積一樣大，轉(zhuǎn)化率相等。

②A. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量等于質(zhì)量除以物質(zhì)的量，質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，因此混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變，當(dāng)不再發(fā)生變化，不能說明達(dá)到平衡，故A不符合題意；B. H2O消耗速率相等，正向，CO2的消耗速率相等，逆向，兩個不同方向，且速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，因此能作為判斷平衡的標(biāo)志，故B符合題意；C. 混合氣體的總壓始終不變，因此不能作為判斷平衡的標(biāo)志，故C不符合題意；D. H2S和CO2都為生成物，因此H2S和CO2體積分?jǐn)?shù)之比始終不變，因此不能作為判斷平衡的標(biāo)志，故D不符合題意；綜上所述，答案為B。

③乙中反應(yīng)開始時壓強(qiáng)為p0，由反應(yīng)開始至達(dá)到平衡狀態(tài)用時5min，達(dá)到平衡時c(H2S)=0.2mol·L-1，則COS(g)的Δc(COS) =0.2mol·L-1， COS(g)的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率；

在化學(xué)平衡體系中，用各氣體物質(zhì)的分壓替代濃度求得的平衡常數(shù)；故答案為：0.04 mol·L-1·min-1；0.0625。

⑶某實(shí)驗(yàn)室對羰基硫水解催化技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)條件下，僅改變溫度，相同時間內(nèi)羰基硫水解轉(zhuǎn)化率的改變?nèi)鐖D1所示，溫度高于200°C羰基硫轉(zhuǎn)化率減小，可能的原因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率減�。粶囟壬�高，催化劑活性降低，轉(zhuǎn)化率降低；若保持溫度為250℃，僅改變水蒸氣含量，相同時間內(nèi)羰基硫水解轉(zhuǎn)化率的改變?nèi)鐖D2所示，增加水蒸氣量，平衡正向移動，COS消耗更多，轉(zhuǎn)化率增大，因此該圖所得結(jié)論與根據(jù)方程式理論分析所得結(jié)論不一致，造成此結(jié)果可能的原因?yàn)檫^量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，導(dǎo)致COS在活性中心吸附量減少，影響了催化劑內(nèi)表面上的利用率，使得COS的轉(zhuǎn)化率下降了；故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率減小；溫度升高，催化劑活性降低，轉(zhuǎn)化率降低；否；過量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，導(dǎo)致COS在活性中心吸附量減少，影響了催化劑內(nèi)表面上的利用率，使得COS的轉(zhuǎn)化率下降了。