Question

【題目】羰基硫(O＝C＝S)廣泛存在于以煤為原料的各種化工原料氣中，能引起催化劑中毒、化學產品質量下降和大氣污染。羰基硫的氫解反應和水解反應是兩種常用的脫硫方法，其反應式分別為:

①氫解反應:COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H1=+7kJ/mol

②水解反應:COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2

已知反應中相關的化學鍵鍵能數據如下:

化學鍵	C=O(CO2)	C=O(COS)	C=S	H-S	H-O
E/kJ·mol-1	803	742	577	339	465

回答下列問題:

（1）在以上脫除COS的反應中，若某反應有1mol電子發生轉移，則該反應吸收的熱量為____kJ。

（2）已知熱化學方程式CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H3，則△H3=_____kJ/mol。

（3）某溫度下，在某密閉容器中進行COS的氫解反應

①當反應達到限度后，增大容器的體積，則正反應速率_____(填“增大”“減小”或“不變”)；

②當容器體積不變時，若起始時充入COS和H2的體積比為1:2，下列情形能表明反應達到平衡狀態的是______。

a.氣體密度不變 b.COS與H2濃度比不變

c.混合氣體的平均相對分子質量不變 d.COS體積分數不變

③當容器體積不變時，若COS和H2的起始物質的量比為1:a，平衡后COS和H2的物質的量比為1:10a，則此溫度下H2平衡轉化率為______(用含a的式子表示)。

（4）羰基硫的氫解或水解反應能否設計成原電池_____(能或否)，理由是________。

（5）用金屬儲氫材料(MH)、鉑(Pt)、硫酸溶液組成的原電池可以使羰基硫脫硫處理。

①原電池的負極材料是____(填化學式)。

②寫出原電池的正極反應式_________，正極周圍溶液pH______(填“增大”“減小”或“不變”)。

③原電池工作時，硫酸溶液的作用是___________。

Answer 1

【答案】 3.5 -42 減小 bd 9/(10a-1) 否 氫解反應吸熱，水解反應為非氧化還原反應 MH COS+2e-+2H+=H2S+CO 增大 形成回路，提供酸性環境

【解析】（1）反應①氫解反應：COS（g）+H2（g）＝H2S（g）+CO（g）轉移電子是2mol，吸熱是7kJ；若某反應有1mol電子發生轉移，則該反應吸收熱量為3.5kJ；（2）COS（g）+H2O（g）＝H2S（g）+CO2（g）的焓變=（742+465×2）kJ/mol－（339+803）kJ/mol=-35kJ/mol。已知：①氫解反應：C COS（g）+H2（g）＝H2S（g）+CO（g）△H1=+7kJ/mol，②水解反應：COS（g）+H2O（g）＝H2S（g）+CO2（g）△H2=-35kJ/mol；②-①得到CO（g）+H2O（g）＝CO2（g）+H2（g），根據蓋斯定律計算反應的焓變△H3＝-35kJ/mol-7kJ/mol=-42kJ/mol；（3）①當反應達到限度后，增大容器的體積，濃度減小，則正反應速率減小；②a.密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，氣體密度不變不能說明反應達到平衡狀態，a錯誤；b.起始時充入COS和H2的體積比為1:2，而反應是按照1：1反應，所以COS與H2濃度比不變時說明反應達到平衡狀態，b正確；c.混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，反應前后質量和物質的量均是不變的，所以混合氣體的平均相對分子質量不變不能說明反應達到平衡狀態，c錯誤；d.COS體積分數不變說明反應達到平衡狀態，d正確，答案選bd；③根據反應的方程式可知

COS（g）+H2（g）＝H2S（g）+CO（g）

起始量（mol） n na 0 0

轉化量（mol） x x x x

平衡量（mol） n－x na－x x x

則，解得，所以此溫度下H2平衡轉化率為；（4）放熱的、能自發的氧化還原反應可以設計成原電池；氫解反應是吸熱反應，水解反應是非氧化還原反應，都不可以設計成原電池；（5）①金屬儲氫材料（MH）、鉑（Pt）、硫酸溶液組成的原電池中，金屬失電子發生氧化反應的電極是負極，因此負極材料MH；②原電池的正極上發生得電子的還原反應，電極反應為：COS+2e-+2H+=H2S+CO，正極消耗氫離子，所以正極周圍溶液pH增大；③根據以上分析可知原電池工作時，硫酸溶液的作用是形成回路，提供酸性環境。