Question

【題目】羰基硫(化學式：COS)又稱氧硫化碳、硫化羰，通常狀態(tài)下為有臭雞蛋氣味的無色有毒氣體。

已知：

I.CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H1=x kJ/mol

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

回答下列問題：

(1)氫氣脫除COS生成CO和H2S，寫出該反應的熱化學方程式：________________。

(2)在2 L恒容密閉容器中加入一定量CO和H2O(g)，發(fā)生反應I。平衡常數(shù)隨溫度和壓強的變化如表所示：

①x_________(填“>”或“<”)0。

②a=_________。

(3)在T℃下，向2 L密閉容器中充入5 mol H2O(g)和5 mol COS(g)，發(fā)生反應II。測得混合氣體中CO2體積分數(shù)(φ)與時間(t)的關系如圖所示。

①該條件下COS的平衡轉化率為______，0～6min內，v[H2O(g)]=_______mol·L-1·min-1(結果保留2位有效數(shù)字)。

②下列能說明該可逆反應達到平衡狀態(tài)的是_________(填字母)。

a.v(H2O)消耗=v(CO2)生成 b.不變 c.壓強保持不變 d.混合氣體的密度保持不變

Answer 1

【答案】H2(g)+COS(g)=CO(g)+H2S(g) △H= -(x-y) kJ/mol > 9 80% 0.33 b

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

(2)根據(jù)化學平衡常數(shù)只與溫度有關，與壓強無關，確定該反應在不同溫度下的K值，然后利用平衡移動原理分析x值的大小；

(3)①假設COS轉化量為Z，根據(jù)物質反應轉化關系計算平衡時各種物質的物質的量，然后利用CO2的含量為40%，計算出Z的值，根據(jù)轉化率等于×100%計算，利用v=計算反應速率；

②根據(jù)平衡時任何一種物質的物質的量、濃度、反應體系的壓強等不變分析判斷。

(1) 已知I.CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H1=x kJ/mol，

II.COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) △H2=y kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將II-I，然后整理可得COS(g)+H2(g)CO(g)+H2S(g) △H=△H2-△H1=(y-x) kJ/mol=-(x-y) kJ/mol；

(2)①由于化學平衡常數(shù)只與溫度有關，與壓強無關，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知在200℃時，K=9，在450℃時，K=18，在600℃時，K=25，說明升高溫度，K增大，化學平衡正向移動，根據(jù)平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，所以反應I的正反應為吸熱反應，△H=x>0；

②由于化學平衡常數(shù)只與溫度有關，與壓強無關，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知在200℃時，無論壓強是多少，化學平衡常數(shù)相同，故K=9，即a=9；

(3)①對于反應COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)在2 L的容器中進行，反應開始時n(COS)=n(H2O)=5 mol，假設COS反應消耗的物質的量為Z，則由方程式中物質變化關系可知，平衡時n(COS)=n(H2O)=(5-Z) mol，n(CO2)=n(H2S)=Z mol，平衡時總物質的量為10 mol，其中CO2的體積分數(shù)是40%，所以×100%=40%，解得Z=4 mol，所以COS的轉化率為×100%=80%；用H2O(g)濃度變化表示的反應速率v(H2O)==0.33 mol/(L·min)；

②a.H2O(g)是反應物，CO2是生成物，二者的化學計量數(shù)相等，所以v(H2O)消耗=v(CO2)生成表示反應正向進行，不能據(jù)此判斷反應是否處于平衡狀態(tài)，a錯誤；

b.若不變，說明任何物質的濃度不變，反應達到平衡狀態(tài)，b正確；

c.該反應是反應前后氣體體積相等的反應，容器的容積恒定不變，因此任何情況下體系的壓強都不變，不能據(jù)此判斷反應是否處于平衡狀態(tài)，c錯誤；

d.容器的容積恒定不變，反應混合物都是氣體，氣體的質量不變，因此任何情況下混合氣體的密度都不變，不能據(jù)此判斷反應是否處于平衡狀態(tài)，d錯誤；

故合理選項是b。