Question

【題目】合成氨及甲醇生產中微量的羰基硫(COS)也可引起催化劑中毒失活，常采用水解法進行羰基硫的脫除，反應原理為COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)。

回答下列問題：

（1）已知：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-18kJ·mol-1。若氫氣還原法脫除羰基硫的熱化學方程式為COS(g)+H2(g)CO(g)+H2S(g) △H=-17kJ·mol-1，則水解法脫除羰基硫對應的反應熱△H=___。

（2）T℃時，向體積均為2L的甲、乙兩個密閉容器中，分別投入2molCOS(g)和2molH2O(g)，發生反應COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)，甲在恒壓條件下達到平衡，乙在恒容條件下達到平衡。

①COS的平衡轉化率：甲__乙(填“>”“<”或“=”)，理由是__。

②下列情況能說明甲中反應達到平衡狀態的是__(填選項字母)。

A.混合氣體的平均摩爾質量不再發生變化

B.H2O和CO2的消耗速率相等

C.混合氣體的總壓保持不變

D.H2S和CO2的體積分數之比不再變化

③乙中反應開始時壓強為p0，由反應開始至達到平衡狀態用時5min，達到平衡時c(H2S)=0.2mol·L-1，用COS(g)的濃度變化表示的平均反應速率為__；在化學平衡體系中，用各氣體物質的分壓替代濃度求得的平衡常數Kp=__。

（3）某實驗室對羰基硫水解催化技術進行研究，發現在實驗條件下，僅改變溫度，相同時間內羰基硫水解轉化率的改變如圖1所示，溫度高于200°C羰基硫轉化率減小，可能的原因為__(任寫兩條)；若保持溫度為250℃，僅改變水蒸氣含量，相同時間內羰基硫水解轉化率的改變如圖2所示，該圖所得結論與根據方程式理論分析所得結論__(填“是”或“否”)一致，造成此結果可能的原因為__。

Answer 1

【答案】35kJ·mol-1 = 反應是等體積反應，平衡時兩個容器體積一樣大，轉化率相等 B 0.04 mol·L-1·min-1 0.0625 該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，轉化率減小；溫度升高，催化劑活性降低，轉化率降低； 否 過量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，導致COS在活性中心吸附量減少，影響了催化劑內表面上的利用率，使得COS的轉化率下降了

【解析】

⑴利用蓋斯定律將兩個方程式相加得到。

⑵①反應是等體積反應，平衡時兩個容器體積一樣大；②A. 混合氣體的平均摩爾質量等于質量除以物質的量，質量不變，物質的量不變，因此混合氣體的平均摩爾質量不變，當不再發生變化，不能說明達到平衡；B. H2O消耗速率相等，正向，CO2的消耗速率相等，逆向，兩個不同方向，且速率之比等于計量數之比，因此能作為判斷平衡的標志；C. 混合氣體的總壓始終不變，因此不能作為判斷平衡的標志；D. H2S和CO2都為生成物，因此H2S和CO2體積分數之比始終不變，因此不能作為判斷平衡的標志；③先計算達到平衡時Δc(COS)，再計算COS(g)的平均反應速率；再建立三段式。計算用各氣體物質的分壓替代濃度求平衡常數。

⑶升高溫度，平衡逆向移動，轉化率減小；溫度升高，催化劑活性降低，轉化率降低；若保持溫度為250℃，增加水蒸氣量，平衡正向移動，COS消耗更多，轉化率增大，如果過量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，影響了催化劑內表面上的利用率，使得COS的轉化率下降了。

⑴將兩個方程式相加得到COS(g) + H2O(g) CO2(g)+H2S(g) △H=18kJ·mol-1 + (17kJ·mol-1)= 35kJ·mol-1；故答案為：35kJ·mol-1。

⑵T℃時，向體積均為2L的甲、乙兩個密閉容器中，分別投入2molCOS(g)和2molH2O(g)，發生反應COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)，甲在恒壓條件下達到平衡，乙在恒容條件下達到平衡。

①反應是等體積反應，平衡時兩個容器體積一樣大，兩個容器COS的平衡轉化率相等故答案為：=；反應是等體積反應，平衡時兩個容器體積一樣大，轉化率相等。

②A. 混合氣體的平均摩爾質量等于質量除以物質的量，質量不變，物質的量不變，因此混合氣體的平均摩爾質量不變，當不再發生變化，不能說明達到平衡，故A不符合題意；B. H2O消耗速率相等，正向，CO2的消耗速率相等，逆向，兩個不同方向，且速率之比等于計量數之比，因此能作為判斷平衡的標志，故B符合題意；C. 混合氣體的總壓始終不變，因此不能作為判斷平衡的標志，故C不符合題意；D. H2S和CO2都為生成物，因此H2S和CO2體積分數之比始終不變，因此不能作為判斷平衡的標志，故D不符合題意；綜上所述，答案為B。

③乙中反應開始時壓強為p0，由反應開始至達到平衡狀態用時5min，達到平衡時c(H2S)=0.2mol·L-1，則COS(g)的Δc(COS) =0.2mol·L-1， COS(g)的濃度變化表示的平均反應速率；

在化學平衡體系中，用各氣體物質的分壓替代濃度求得的平衡常數；故答案為：0.04 mol·L-1·min-1；0.0625。

⑶某實驗室對羰基硫水解催化技術進行研究，發現在實驗條件下，僅改變溫度，相同時間內羰基硫水解轉化率的改變如圖1所示，溫度高于200°C羰基硫轉化率減小，可能的原因為該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，轉化率減小；溫度升高，催化劑活性降低，轉化率降低；若保持溫度為250℃，僅改變水蒸氣含量，相同時間內羰基硫水解轉化率的改變如圖2所示，增加水蒸氣量，平衡正向移動，COS消耗更多，轉化率增大，因此該圖所得結論與根據方程式理論分析所得結論不一致，造成此結果可能的原因為過量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，導致COS在活性中心吸附量減少，影響了催化劑內表面上的利用率，使得COS的轉化率下降了；故答案為：該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，轉化率減小；溫度升高，催化劑活性降低，轉化率降低；否；過量的水蒸汽在催化劑活性中心覆蓋形成水膜，導致COS在活性中心吸附量減少，影響了催化劑內表面上的利用率，使得COS的轉化率下降了。