Question

羰基硫(化学式：COS)又称氧硫化碳、硫化羰，通常状态下为有臭鸡蛋气味的无色有毒气体。

已知：

I.CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)  △H₁=x kJ/mol

II.COS(g)+H₂O(g)H₂S(g)+CO₂(g)  △H₂=y kJ/mol

回答下列问题：

(1)氢气脱除COS生成CO和H₂S，写出该反应的热化学方程式：________________。

(2)在2 L恒容密闭容器中加入一定量CO和H₂O(g)，发生反应I。平衡常数随温度和压强的变化如表所示：

①x_________(填“>”或“<”)0。

②a=_________。

(3)在T℃下，向2 L密闭容器中充入5 mol H₂O(g)和5 mol COS(g)，发生反应II。测得混合气体中CO₂体积分数(φ)与时间(t)的关系如图所示。

①该条件下COS的平衡转化率为______，0～6min内，v[H₂O(g)]=_______mol·L^-1·min^-1(结果保留2位有效数字)。

②下列能说明该可逆反应达到平衡状态的是_________(填字母)。

a.v(H₂O)_消耗=v(CO₂)_生成   b.不变  c.压强保持不变  d.混合气体的密度保持不变

Answer

H2(g)+COS(g)=CO(g)+H2S(g) △H= -(x-y) kJ/mol > 9 80% 0.33 b

【解析】

(1)根据盖斯定律，将已知的热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式；

(2)根据化学平衡常数只与温度有关，与压强无关，确定该反应在不同温度下的K值，然后利用平衡移动原理分析x值的大小；

(3)①假设COS转化量为Z，根据物质反应转化关系计算平衡时各种物质的物质的量，然后利用CO2的含量为40%，计算出Z的值，根据转化率等于×100%计算，利用v=计算反应速率；

②根据平衡时任何一种物质的物质的量、浓度、反应体系的压强等不变分析判断。

(1) 已知I.CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H1=x kJ/mol，

II.COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2=y kJ/mol，根据盖斯定律，将II-I，然后整理可得COS(g)+H2(g)CO(g)+H2S(g) △H=△H2-△H1=(y-x) kJ/mol=-(x-y) kJ/mol；

(2)①由于化学平衡常数只与温度有关，与压强无关，根据表格数据可知在200℃时，K=9，在450℃时，K=18，在600℃时，K=25，说明升高温度，K增大，化学平衡正向移动，根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以反应I的正反应为吸热反应，△H=x>0；

②由于化学平衡常数只与温度有关，与压强无关，根据表格数据可知在200℃时，无论压强是多少，化学平衡常数相同，故K=9，即a=9；

(3)①对于反应COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)在2 L的容器中进行，反应开始时n(COS)=n(H2O)=5 mol，假设COS反应消耗的物质的量为Z，则由方程式中物质变化关系可知，平衡时n(COS)=n(H2O)=(5-Z) mol，n(CO2)=n(H2S)=Z mol，平衡时总物质的量为10 mol，其中CO2的体积分数是40%，所以×100%=40%，解得Z=4 mol，所以COS的转化率为×100%=80%；用H2O(g)浓度变化表示的反应速率v(H2O)==0.33 mol/(L·min)；

②a.H2O(g)是反应物，CO2是生成物，二者的化学计量数相等，所以v(H2O)消耗=v(CO2)生成表示反应正向进行，不能据此判断反应是否处于平衡状态，a错误；

b.若不变，说明任何物质的浓度不变，反应达到平衡状态，b正确；

c.该反应是反应前后气体体积相等的反应，容器的容积恒定不变，因此任何情况下体系的压强都不变，不能据此判断反应是否处于平衡状态，c错误；

d.容器的容积恒定不变，反应混合物都是气体，气体的质量不变，因此任何情况下混合气体的密度都不变，不能据此判断反应是否处于平衡状态，d错误；

故合理选项是b。