Question

煤气中主要的含硫杂质有H₂S以及COS(有机硫)，煤气燃烧后含硫杂质会转化成SO₂从而引起大气污染，因此煤气中H₂S的脱出程度已成为煤气洁净度的一个重要指标。请回答下列问题： 

(1)脱除煤气中COS的方法有Br₂的KOH溶液氧化法、H₂还原法、水解法等。 

①COS的分子结构与CO₂相似，COS的结构式为___________。 

②Br ₂的KOH溶液将COS氧化为硫酸盐的离子方程式为______________。 

③已知：H₂、COS、H₂S、CO的燃烧热依次为285kJ/mol、299kJ/mol、586kJ/mol、283kJ/mol；H₂还原COS发生的反应为H₂(g)+COS(g)=H₂S(g)+CO(g)，该反应的ΔH=_________kJ/mol。

恒温恒容条件下，密闭容器中将气体按n(H₂)：n(COS)=2：1混合发生下列反应，下列事实能说明反应达到平衡状态的是_______(填字母)

a.混合气体的平均相对分子质量不再改变    b. n(H₂)与n(COS)的比值不变

c.CO的体积分数不变                     d.形成2 mol H-S键的同时形成1 mol H-H键

④用活性α-Al₂O₃催化COS水解反应为COS(g)+H₂O(g)CO ₂(g)+H₂S(g) ΔH<0，相同流量且在催化剂表面停留相同时间时，不同温度下H₂S的转化率(未达到平衡)如图所示

由图可知，催化剂活性最大时对应的温度约为______，H₂S的转化率在后期下降的原因是_______________________________________。

(2)煤气燃烧后含硫杂质转化成的SO₂，可以被氨水吸收，已知25℃时，NH₃·H₂O的Kb=1.8×10^-5，H₂SO₃的Ka1=1.3×10^-2， Ka2=6.2×10^-8.将SO₂通入氨水中，当溶液呈中性时，溶液中的c(NH₄⁺)/c(HSO₃^-)=_____________________.此时溶液中各离子浓度大小关系为：_____________________

Answer

O=C=S COS+4Br2+12OH-=CO32-+SO42-+8Br-+6H2O 285 bcd 150℃ 催化剂中毒，发生副反应 2.24 c(NH4+)> c(HSO3-)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)

【解析】

（1）①CO2的等电子体COS，等电子体结构相似，根据二氧化碳的分子的电子式可知COS电子式；②COS和Br2KOH反应生成CO32-、SO42-、Br-和H2O，据此书写离子方程式；③根据盖斯定律判断④当温度为150℃时，COS的转化率最大；设COS1mol，

（1）①) COS是CO2的等电子体,等电子体结构相似,根据二氧化碳的分子的结构式可知COS结构式。故答案为；

②COS和Br2的KOH反应生成K2CO3、K2SO4、KBr和H2O,故离子方程式为COS+4Br2+12OH−═CO32− + SO42− +8Br−+6H2O，故答案为COS+4Br2+12OH-=CO32-+SO42-+8Br-+6H2O ；

③已知：H2、COS、H2S、CO的燃烧热依次为285kJ/mol、299kJ/mol 、586kJ/mol、283kJ/mol；其燃烧热反应方程式为：①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH=-285kJ/mol

②COS(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+SO2(g) ΔH=-299kJ/mol；③H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(l)ΔH=-586kJ/mol ④CO(g)+ 1/2O2(g)= CO2(g) ΔH=-283kJ/mol；由①+②-③-④=-（285kJ/mol+299kJ/mol）+586kJ/mol+283kJ/mo=285 kJ/mol。H2还原COS发生的反应为H2(g)+COS(g)=H2S(g)+CO(g)，该反应ΔH=+285kJ/mol。

a.因为是两边计量数相等的反应，所以混合气体的平均相对分子质量不再改变不能作为判断平衡的依据；b. 因为气体按n(H2)：n(COS)=2：1 投料，所以n(H2)与n(COS)的比值不变时说明此反应达到平衡状态；c.CO的体积分数不变说明此反应达到平衡状态 ；d.形成2 mol H-S键的同时形成1 mol H-H键说明此反应达到平衡状态 。答案：bcd。

④由图可知，在相同时间内，转化率最大时即催化剂的活性最大，对应的温度为150℃；温度过高，使催化剂活性减弱或丧失，即催化剂中毒，导致转化率减小。所以H2S的转化率在后期下降的原因是催化剂中毒，发生副反应。答案：150℃、催化剂中毒，发生副反应。

（2）NH3.H2O NH4+ +OH-，溶液中c(NH4+)=c(OH-)，Kb=[ c(NH4+) c(OH-)]/ c(NH3.H2O) ，SO2通入氨水中，溶液中的电荷守恒为c(NH4+)+ c(H+)= c(HSO3-)+2 c(SO32-)+ c(OH-)，当溶液呈中性时c(OH-)= c(H+)，则c(NH4+)= c(HSO3-)+2 c(SO32-)，K a2=[c(H+)c(SO32-)]/ c(HSO3-)，c(SO32-) Ka2/c(H+)，c(NH4+)=c(HSO3-)+2Ka2.c(HSO3-)/c(H+)=[1+2Ka2/c(H+)]c(HSO3-)，c(NH4+)/ c(HSO3-)=[1+2 Ka2/c(H+)=1+26.2×10-8110-7=2.24.

此时溶液中各离子浓度大小关系为c(NH4+)> c(HSO3-)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)。答案：2.24. c(NH4+)> c(HSO3-)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)。