Question

羰基硫(COS)在常温常压下为有臭鸡蛋气味的无色气体，广泛应用于农药、医药和其他化工生产中，存在于煤、石油和天然气中的羰基硫会腐蚀设备、污染环境，更会危害人体健康，工业上处理羰基硫常见的方法有水解反应和氢解反应。

(1)已知羰基硫中所有原子最外层均达到8电子结构，则其结构式为________________。

(2)①已知：H₂(g)＋COS(g)H₂S(g)＋CO(g)△H₁=＋6.2kJ·mol^－1；

②H₂(g)＋CO₂(g)H₂O(g)＋CO(g)△H₂=＋41.2kJ·mol^－1；

则COS水解反应的热化学方程式为H₂O(g)＋COS(g)=H₂S(g)＋CO₂(g)，△H=___________kJ/mol.

②已知：COS水解反应的机理如下，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。

a. 吸附：H₂O→H₂O*

b. 反应：COS＋H₂O*→CO₂＋H₂S*

c. 脱附：H₂S*→H₂S

已知COS水解反应的反应速率由b决定，则a、b、c三步中活化能最大的是__________________。

(3)已知COS氢解反应的热化学方程式为H₂(g)＋COS(g)H₂S(g)＋CO(g) △H=+6.2kJ·mol^－1，一定温度下，向某恒容密闭容器中充入4molCOS(g)和6molH₂(g)发生氢解反应，H₂、COS的体积分数随时间变化的关系如图所示，

①H₂的平衡转化率为_________________，

②该温度下，反应的平衡常数K为__________________，

③其他条件不变，20min时，向该容器中充入2molH₂和3molCO，此时v(正)______________v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。

Answer

O=C=S -35.0 b 60% 13.5 等于

【解析】

(2)根据盖斯定律进行计算；

②化学反应的反应速率由反应速率最慢的一步决定，且反应的活化能越大，反应速率越慢；

(3)根据已知信息和反应的特点，列三段式进行计算。

(1)已知羰基硫中所有原子最外层均达到8电子结构，类比CO2，可知其结构式为O=C=S；

(2)已知热化学方程式：①H2(g)＋COS(g)H2S(g)＋CO(g)△H1=＋6.2kJ·mol－1；②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)△H2=＋41.2kJ·mol－1；根据盖斯定律可知，由①-②可得目标方程式，则COS水解反应的热化学方程式为H2O(g)＋COS(g)=H2S(g)＋CO2(g) △H=△H1-△H2=＋6.2kJ·mol-1 - 41.2kJ·mol-1= -35.0kJ/mol；

②已知COS水解反应的反应速率由b决定，则步骤b的反应速率最慢，则a、b、c三步中活化能最大的是b；

(3)该反应前后气体物质的量不变，则气体总物质的量始终为10mol，由图像可知，达到平衡状态时，H2(g)的体积分数为24%，则平衡时，H2(g)的物质的量为2.4mol，则H2(g)的转化量为3.6mol，

①则H2的平衡转化率为；

②可列出三段式为(单位为mol)：

，因为该反应前后气体物质的量不变，故该温度下，反应的平衡常数；

③其他条件不变，20min时，向该容器中充入2molH2和3molCO，此时n(H2)=4.4mol，n(CO)=6.6mol，则浓度商，故反应处于平衡状态，则v(正)等于v(逆)。