Question

【題目】煤氣中主要的含硫雜質(zhì)有H2S以及COS(有機(jī)硫)，煤氣燃燒后含硫雜質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化成SO2從而引起大氣污染，因此煤氣中H2S的脫出程度已成為煤氣潔凈度的一個(gè)重要指標(biāo)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)脫除煤氣中COS的方法有Br2的KOH溶液氧化法、H2還原法、水解法等。

①COS的分子結(jié)構(gòu)與CO2相似，COS的結(jié)構(gòu)式為___________。

②Br2的KOH溶液將COS氧化為硫酸鹽的離子方程式為______________。

③已知：H2、COS、H2S、CO的燃燒熱依次為285kJ/mol、299kJ/mol、586kJ/mol、283kJ/mol；H2還原COS發(fā)生的反應(yīng)為H2(g)+COS(g)=H2S(g)+CO(g)，該反應(yīng)的ΔH=_________kJ/mol。

恒溫恒容條件下，密閉容器中將氣體按n(H2)：n(COS)=2：1混合發(fā)生下列反應(yīng)，下列事實(shí)能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______(填字母)

a.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變 b. n(H2)與n(COS)的比值不變

c.CO的體積分?jǐn)?shù)不變 d.形成2 mol H-S鍵的同時(shí)形成1 mol H-H鍵

④用活性α-Al2O3催化COS水解反應(yīng)為COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g) ΔH<0，相同流量且在催化劑表面停留相同時(shí)間時(shí)，不同溫度下H2S的轉(zhuǎn)化率(未達(dá)到平衡)如圖所示

由圖可知，催化劑活性最大時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度約為______，H2S的轉(zhuǎn)化率在后期下降的原因是_______________________________________。

(2)煤氣燃燒后含硫雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成的SO2，可以被氨水吸收，已知25℃時(shí)，NH3·H2O的Kb=1.8×10-5，H2SO3的Ka1=1.3×10-2， Ka2=6.2×10-8.將SO2通入氨水中，當(dāng)溶液呈中性時(shí)，溶液中的c(NH4+)/c(HSO3-)=_____________________.此時(shí)溶液中各離子濃度大小關(guān)系為：_____________________

Answer 1

【答案】O=C=SCOS+4Br2+12OH-=CO32-+SO42-+8Br-+6H2O285bcd150℃ 催化劑中毒，發(fā)生副反應(yīng)2.24 c(NH4+)> c(HSO3-)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)

【解析】

（1）①CO2的等電子體COS，等電子體結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)二氧化碳的分子的電子式可知COS電子式；②COS和Br2KOH反應(yīng)生成CO32-、SO42-、Br-和H2O，據(jù)此書(shū)寫(xiě)離子方程式；③根據(jù)蓋斯定律判斷④當(dāng)溫度為150℃時(shí)，COS的轉(zhuǎn)化率最大；設(shè)COS1mol，

（1）①) COS是CO2的等電子體,等電子體結(jié)構(gòu)相似,根據(jù)二氧化碳的分子的結(jié)構(gòu)式可知COS結(jié)構(gòu)式。故答案為：；

②COS和Br2的KOH反應(yīng)生成K2CO3、K2SO4、KBr和H2O,故離子方程式為COS+4Br2+12OH═CO32 + SO42 +8Br+6H2O，故答案為：COS+4Br2+12OH-=CO32-+SO42-+8Br-+6H2O ；

③已知：H2、COS、H2S、CO的燃燒熱依次為285kJ/mol、299kJ/mol 、586kJ/mol、283kJ/mol；其燃燒熱反應(yīng)方程式為：①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH=-285kJ/mol

②COS(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+SO2(g) ΔH=-299kJ/mol；③H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(l)ΔH=-586kJ/mol ④CO(g)+ 1/2O2(g)= CO2(g) ΔH=-283kJ/mol；由①+②-③-④=-（285kJ/mol+299kJ/mol）+586kJ/mol+283kJ/mo=285 kJ/mol。H2還原COS發(fā)生的反應(yīng)為H2(g)+COS(g)=H2S(g)+CO(g)，該反應(yīng)ΔH=+285kJ/mol。

a.因?yàn)槭莾蛇呌?jì)量數(shù)相等的反應(yīng)，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變不能作為判斷平衡的依據(jù)；b. 因?yàn)闅怏w按n(H2)：n(COS)=2：1 投料，所以n(H2)與n(COS)的比值不變時(shí)說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；c.CO的體積分?jǐn)?shù)不變說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) ；d.形成2 mol H-S鍵的同時(shí)形成1 mol H-H鍵說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) 。答案：bcd。

④由圖可知，在相同時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)化率最大時(shí)即催化劑的活性最大，對(duì)應(yīng)的溫度為150℃；溫度過(guò)高，使催化劑活性減弱或喪失，即催化劑中毒，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率減小。所以H2S的轉(zhuǎn)化率在后期下降的原因是催化劑中毒，發(fā)生副反應(yīng)。答案：150℃、催化劑中毒，發(fā)生副反應(yīng)。

（2）NH3.H2O NH4+ +OH-，溶液中c(NH4+)=c(OH-)，Kb=[ c(NH4+) c(OH-)]/ c(NH3.H2O) ，SO2通入氨水中，溶液中的電荷守恒為c(NH4+)+ c(H+)= c(HSO3-)+2 c(SO32-)+ c(OH-)，當(dāng)溶液呈中性時(shí)c(OH-)= c(H+)，則c(NH4+)= c(HSO3-)+2 c(SO32-)，K a2=[c(H+)c(SO32-)]/ c(HSO3-)，c(SO32-) Ka2/c(H+)，c(NH4+)=c(HSO3-)+2Ka2.c(HSO3-)/c(H+)=[1+2Ka2/c(H+)]c(HSO3-)，c(NH4+)/ c(HSO3-)=[1+2 Ka2/c(H+)=1+26.2×10-8110-7=2.24.

此時(shí)溶液中各離子濃度大小關(guān)系為c(NH4+)> c(HSO3-)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)。答案：2.24. c(NH4+)> c(HSO3-)> c(SO32-)> c(H+)= c(OH-)。