Question

氧硫化碳(COS，结构类似于CO₂)广泛存在于以煤为原料的各种化工原料气中，能引起催化剂中毒、化学产品质量下降和大气污染。有多种方法可以脱氧硫化碳中的硫，其中氢解和水解反应是两种常用的脱硫方法，其反应式分别为：

①氢解反应：COS(g) + H₂(g)⇌H₂S(g) + CO(g)  ΔH₁ = + 7kJ/mol

②水解反应：COS(g) + H₂O(g)⇌H₂S(g) + CO₂(g)  ΔH₂= -35 kJ/mol

请回答下列问题：

(1)氧硫化碳的电子式为____________。

(2)CO₂和H₂能反应生成CO和H₂O(g)，写出该反应的热化学方程式______________。

(3)在密闭恒温(高于100℃)恒容装置中进行水解反应，下列能说明达到平衡状态的是___________________。

A.混合气体密度不再改变             B.混合气体压强不再改变

C.混合气体平均摩尔质量不再改变     D. COS(g) 的浓度不变

(4)①上述氢解反应的平衡常数K随温度降低而________(填“增大”或“减小”)。

②某温度下，体积为2L的恒容体系中，物质的量分别为m mol、n mol的COS蒸气和H₂气发生氢解，已知COS的转化率为α，则该温度下的平衡常数K=___________(用m、n、α等符号表示)。

(5)某科研小组研究改进催化剂TiO_2/Al₂O₃和温度对COS水解的影响，得到如图图像：

COS水解的最佳温度是  __________ ；理由是 ________ 。

Answer

CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) △H=+42kJ/mol D 减小 mα2 /(1-α)(n-mα) 300℃ 催化剂活性高，转化率很大

【解析】

（1）氧硫化碳是共价化合物，碳原子分别与氧原子、硫原子之间形成2个共用电子对；

（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

根据盖斯定律，①-②得： CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)，据此计算△H3并写出热化学方程式；

（3）可逆反应的正逆反应速率相等，某一成分的百分含量保持不变的状态，可逆反应处于平衡状态；

（4）①氢解反应的正向是吸热反应，降低温度平衡逆向进行；

②假设反应容器体积为V L，COS起始物质的量为m，转化率为a，则变化量为m a，列出三段式：

将数据代入平衡常数表达式即可；

（5）由图中信息分析300℃时COS的转化率最高，催化剂的活性最强。

(1)氧硫化碳是共价化合物,碳原子分别与氧原子、硫原子之间形成2个共用电子对,其电子式为，

故答案为：；

(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

根据盖斯定律,①−②得： CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) △H3= ΔH1− ΔH2= + 7kJ/mol−(-35 kJ/mol)=+42kJ/mol,反应的热化学方程式为CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) △H=+42kJ/mol ，

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

水解反应：COS(g) + H2O(g)⇌H2S(g) + CO2(g) 反应的特点是生成物和反应物都是气体并且是等物质的量的反应，

混合气体密度不再改变 ，因为反应物和生成物都是气体，反应前后气体的总质量不变，容器又是恒容的，所以密度不变不能作为平衡的依据，故A错误；

该水解反应是等物质的量的反应，反应前后气体的总物质的量不变，容器的体积不变，所以任意时刻压强不变，故B错误；

该水解反应是等物质的量的反应，反应前后气体的总物质的量不变，反应物和生成物都是气体，反应前后气体的总质量不变，得出平均摩尔质量不变，故C错误；

COS(g) 的浓度不变，说明正逆反应速率相等，处于平衡状态，故D正确；

故选：D。

(4)假设反应容器体积为VL，COS起始物质的量为m，转化率为a，则变化量为ma，则

则平衡常数K== mα2 /(1-α)(n-mα) ，

故答案为：mα2 /(1-α)(n-mα) ；

(5)由图中信息分析300℃时COS的转化率最高，催化剂的活性最强，则COS水解的最佳温度是300℃，此时催化剂活性高，转化率很大，

故答案为：300℃；催化剂活性高，转化率很大。