Question

【題目】羰基硫(COS)與氫氣或與水在催化劑作用下的反應(yīng)如下：

Ⅰ．COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H1=-17kJ/mol；

Ⅱ．COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2=-35kJ/mol。

回答下列問(wèn)題：

(1)兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均不大，其原因是：________________。

(2)反應(yīng)CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的△H=_______。

(3)羰基硫、氫氣、水蒸氣共混體系初始投料比不變，提高羰基硫與水蒸氣反應(yīng)的選擇性的關(guān)鍵因素是______。

(4)在充有催化劑的恒壓密閉容器中只進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ設(shè)起始充入的n(H2)：n(COS)=m，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得COS轉(zhuǎn)化率與m和溫度(T)的關(guān)系如圖所示：

①m1______m2(填“”、“”或“”。

②溫度高于T0，COS轉(zhuǎn)化率減小的可能原因?yàn)椋?/span>i有副應(yīng)發(fā)生；ii______；iii______。

(5)在充有催化劑的恒壓密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)Ⅱ.COS(g)與H2O(g)投料比分別為1：3和1：1，反應(yīng)物的總物質(zhì)的量相同時(shí)，COS(g)的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖所示：

①M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)______Q點(diǎn)填“”、“”或“”；

②N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡混合氣中COS(g)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為______；

③M點(diǎn)和Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡混合氣體的總物質(zhì)的量之比為______。

Answer 1

【答案】兩個(gè)反應(yīng)均為放熱較少的反應(yīng) -18kJ/mol 選擇高效的催化劑 催化劑活性最低 平衡逆向進(jìn)行 < 20% 1：1

【解析】

(1)依據(jù)熱化學(xué)方程式方向可知，兩個(gè)反應(yīng)均放熱量少的反應(yīng)，即反應(yīng)物和生成物的能量差小，因此熱力學(xué)趨勢(shì)小；

(2) Ⅰ．COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H1=-17kJ/mol；

Ⅱ．COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2=-35kJ/mol。

蓋斯定律計(jì)算Ⅱ-Ⅰ得到：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的△H；

(3)提高羰基硫與水蒸氣反應(yīng)的選擇性的關(guān)鍵因素是高效催化劑；

(4)①在充有催化劑的恒壓密閉容器中只進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ．設(shè)起始充入的n(H2)：n(COS)=m，m越大說(shuō)明氫氣量越多，兩種反應(yīng)物增加一種會(huì)提高另一種的轉(zhuǎn)化率；

②溫度高于T0，COS轉(zhuǎn)化率減小是因?yàn)闇囟壬�高，催化劑活性減弱，反應(yīng)減慢，平衡逆向進(jìn)行，COS的轉(zhuǎn)化率減小；

(5)①反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度變化，升溫平衡逆向進(jìn)行；

②N點(diǎn)COS轉(zhuǎn)化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：1，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡混合氣中COS(g)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；

③M點(diǎn)COS轉(zhuǎn)化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：3，N點(diǎn)COS轉(zhuǎn)化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：1，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變計(jì)算。

(1)Ⅰ．COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H1=-17kJ/mol；

Ⅱ．COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2=-35kJ/mol。

兩個(gè)反應(yīng)放出的熱量較少，因此兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均不大；

(2)Ⅰ．COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H1=-17kJ/mol；

Ⅱ．COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2=-35kJ/mol。

根據(jù)蓋斯定律計(jì)算ⅡⅠ得到：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的△H=-18kJ/mol；

(3)羰基硫、氫氣、水蒸氣共混體系初始投料比不變，提高羰基硫與水蒸氣反應(yīng)的選擇性的關(guān)鍵因素是：選擇高效的催化劑；

(4)①在充有催化劑的恒壓密閉容器中只進(jìn)行反應(yīng)COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H1=-17kJ/mol，設(shè)起始充入的n(H2)：n(COS)=m，m越大氫氣的量越多，會(huì)提高COS的轉(zhuǎn)化率，則m1>m2；

②溫度高于T0，COS轉(zhuǎn)化率減小的可能原因?yàn)椋?/span>i有副應(yīng)發(fā)生；ii.催化劑活性最低；iii.平衡逆向進(jìn)行；

(5)在充有催化劑的恒壓密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)Ⅱ.COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2=-35kJ/mol，COS(g)與H2O(g)投料比分別為1：3和1：1，反應(yīng)物的總物質(zhì)的量相同時(shí)，COS(g)的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖，轉(zhuǎn)化率大的曲線a為COS(g)與H2O(g)投料比1：3，曲線b為COS(g)與H2O(g)與投料比1：1，

①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，化學(xué)平衡常數(shù)減小，則M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)<Q點(diǎn)的平衡常數(shù)；

②N點(diǎn)COS轉(zhuǎn)化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：1，

COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)

起始量(mol) 1 1 0 0

變化量(mol)0.6 0.6 0.6 0.6

平衡量(mol) 0.4 0.4 0.6 0.6

對(duì)應(yīng)的平衡混合氣中COS(g)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=20%；

③M點(diǎn)COS轉(zhuǎn)化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：3，N點(diǎn)COS轉(zhuǎn)化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：1，反應(yīng)物的總物質(zhì)的量相同時(shí)，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，則M點(diǎn)和Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡混合氣體的總物質(zhì)的量之比為1：1。