Question

在化工生产、污水处理中广泛涉及硫单质及其化合物。

Ⅰ.煤制得的化工原料中含有羰基硫(O===C===S)，该物质可转化为H₂S，主要反应如下：①水解反应：COS(g)＋H₂O(g)H₂S(g)＋CO₂(g)　ΔH₁＝－94 kJ·mol^－1，②氢解反应：COS(g)＋H₂(g)H₂S(g)＋CO(g)　ΔH₂＝－54 kJ·mol^－1。

（1）请计算CO(g)和H₂O(g)生成H₂(g)和CO₂(g)的反应热ΔH＝______。

（2）在定温定容的密闭容器中进行反应①，下列事实说明反应①达到平衡状态的是_____(填字母)。

A．容器的压强不再改变

B．混合气体的密度不再改变

C．化学平衡常数不再改变

D．生成1 mol H—O键，同时生成1 mol H—S键

（3）反应②的正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图所示。在T₁ ℃时，向容积为5 L的密闭容器中加入2 mol COS(g)和1 mol H₂(g)，充分反应，COS的平衡转化率为______。

Ⅱ.在容积为2 L的恒容密闭容器中，充入0.5 mol H₂S(g)，发生反应：2H₂S(g) 2H₂(g)＋S₂(g)，在不同温度和压强下进行实验，结果如图所示。

（4）图中压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序是______。

（5）在950 ℃，压强为p₃时，反应经30 min达到平衡，则平均反应速率v(H₂)＝_______。

（6）在p₂＝6 MPa，温度为975 ℃时，请计算该反应的平衡常数K_c为_____(保留2位有效数字)。对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压(p_B)代替物质的量浓度(c_B)也可以表示平衡常数(记作K_p)，p_B＝p_总×B的物质的量分数，则此条件下该反应的平衡常数K_p＝___MPa。

Answer

－40kJ·mol－1 D 33.3% p3>p2>p1 0.0025mol·(L·min)－1 0.022mol·L－1

【解析】

(1)根据盖斯定律，由反应①-反应②得CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＝ΔH1-ΔH2=-94 kJ·mol－1-(-54 kJ·mol－1)=-40 kJ·mol－1；

(2)A. 反应①为反应前后气体分子数不变的反应，容器容积不变，压强始终保持不变，根据压强不能判断反应是否达到平衡状态，故A错误；

B. 该反应的反应物和生成物均为气体，且容器容积不变，则混合气体的密度始终保持不变，据此不能判断反应是否达到平衡状态，故B错误；

C. 化学平衡常数只受温度影响，由于温度不变，不能由此判断反应是否达到平衡状态，故C错误；

D. 生成1 mol H—O键，同时生成1 mol H—S键，说明反应物的消耗速率等于生成物的消耗速率，也即正反应速率与逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，故D正确；

(3)设反应达到平衡时，转化的COS的物质的量为x mol，根据反应方程式COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g)可知平衡时COS(g)、H2(g)、H2S(g)、CO(g)的物质的量分别为(2－x) mol、(1－x) mol、x mol、x mol，容器的体积为5L，根据T1 ℃时有K正＝K逆得，解得x＝mol，则COS的平衡转化率为×100%＝33.3%；

(4)该反应为气体分子数增大的反应，温度一定时，压强越小，H2S的平衡转化率越高，故压强p3>p2>p1；

(5)根据题图2可看出在950 ℃，压强为p3时，H2S的平衡转化率为30%，即反应的H2S的物质的量为0.5 mol×30%＝0.15 mol，由于化学方程式中H2S和H2的化学计量数相同，则v(H2)＝v(H2S)＝＝0.002 5 mol·(L·min)－1；

(6)根据题图2可知压强为p2、温度为975 ℃时，H2S的平衡转化率为40%，即分解的H2S为0.5 mol×40%＝0.2 mol，根据方程式2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)可知生成的n(S2)=0.1mol，n(H2)=0.2mol，剩余的n(H2S)=0.3mol，容器的体积为2L，所以平衡时H2S(g)、H2(g)、S2(g)的物质的量浓度分别为0.15 mol·L－1、0.10 mol·L－1和0.05 mol·L－1，则Kc＝mol·L－1≈0.022 mol·L－1。平衡时H2S(g)、H2(g)、S2(g)的物质的量分别为0.3 mol、0.2 mol和0.1 mol，即对应的平衡分压分别为p2、p2、p2，则此时对应的Kp＝。