Question

【題目】羰基硫(COS)與氫氣或與水在催化劑作用下的反應如下：

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

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

回答下列問題：

(1)兩個反應在熱力學上趨勢均不大，其原因是：________________。

(2)反應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的選擇性的關鍵因素是______。

(4)在充有催化劑的恒壓密閉容器中只進行反應Ⅰ設起始充入的n(H2)：n(COS)=m，相同時間內測得COS轉化率與m和溫度(T)的關系如圖所示：

①m1______m2(填“”、“”或“”。

②溫度高于T0，COS轉化率減小的可能原因為：i有副應發生；ii______；iii______。

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

①M點對應的平衡常數______Q點填“”、“”或“”；

②N點對應的平衡混合氣中COS(g)物質的量分數為______；

③M點和Q點對應的平衡混合氣體的總物質的量之比為______。

Answer 1

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

【解析】

(1)依據熱化學方程式方向可知，兩個反應均放熱量少的反應，即反應物和生成物的能量差小，因此熱力學趨勢小；

(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的選擇性的關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行反應Ⅰ．設起始充入的n(H2)：n(COS)=m，m越大說明氫氣量越多，兩種反應物增加一種會提高另一種的轉化率；

②溫度高于T0，COS轉化率減小是因為溫度升高，催化劑活性減弱，反應減慢，平衡逆向進行，COS的轉化率減小；

(5)①反應的平衡常數隨溫度變化，升溫平衡逆向進行；

②N點COS轉化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：1，結合三行計算列式計算N點對應的平衡混合氣中COS(g)物質的量分數；

③M點COS轉化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：3，N點COS轉化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：1，反應前后氣體物質的量不變計算。

(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。

兩個反應放出的熱量較少，因此兩個反應在熱力學上趨勢均不大；

(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。

根據蓋斯定律計算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的選擇性的關鍵因素是：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行反應COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H1=-17kJ/mol，設起始充入的n(H2)：n(COS)=m，m越大氫氣的量越多，會提高COS的轉化率，則m1>m2；

②溫度高于T0，COS轉化率減小的可能原因為：i有副應發生；ii.催化劑活性最低；iii.平衡逆向進行；

(5)在充有催化劑的恒壓密閉容器中進行反應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，反應物的總物質的量相同時，COS(g)的平衡轉化率與溫度的關系如圖，轉化率大的曲線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正反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，化學平衡常數減小，則M點對應的平衡常數<Q點的平衡常數；

②N點COS轉化率為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

對應的平衡混合氣中COS(g)物質的量分數=20%；

③M點COS轉化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：3，N點COS轉化率為60%，COS(g)與H2O(g)投料比1：1，反應物的總物質的量相同時，反應前后氣體物質的量不變，則M點和Q點對應的平衡混合氣體的總物質的量之比為1：1。