Question

【題目】在化工生產、污水處理中廣泛涉及硫單質及其化合物。

Ⅰ.煤制得的化工原料中含有羰基硫(O===C===S)，該物質可轉化為H2S，主要反應如下：①水解反應：COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g)　ΔH1＝－94 kJ·mol－1，②氫解反應：COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g)　ΔH2＝－54 kJ·mol－1。

（1）請計算CO(g)和H2O(g)生成H2(g)和CO2(g)的反應熱ΔH＝______。

（2）在定溫定容的密閉容器中進行反應①，下列事實說明反應①達到平衡狀態的是_____(填字母)。

A．容器的壓強不再改變

B．混合氣體的密度不再改變

C．化學平衡常數不再改變

D．生成1 mol H—O鍵，同時生成1 mol H—S鍵

（3）反應②的正、逆反應的平衡常數(K)與溫度(T)的關系如圖所示。在T1 ℃時，向容積為5 L的密閉容器中加入2 mol COS(g)和1 mol H2(g)，充分反應，COS的平衡轉化率為______。

Ⅱ.在容積為2 L的恒容密閉容器中，充入0.5 mol H2S(g)，發生反應：2H2S(g) 2H2(g)＋S2(g)，在不同溫度和壓強下進行實驗，結果如圖所示。

（4）圖中壓強p1、p2、p3由大到小的順序是______。

（5）在950 ℃，壓強為p3時，反應經30 min達到平衡，則平均反應速率v(H2)＝_______。

（6）在p2＝6 MPa，溫度為975 ℃時，請計算該反應的平衡常數Kc為_____(保留2位有效數字)。對于氣相反應，用某組分(B)的平衡分壓(pB)代替物質的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(記作Kp)，pB＝p總×B的物質的量分數，則此條件下該反應的平衡常數Kp＝___MPa。

Answer 1

【答案】－40kJ·mol－1 D 33.3% p3>p2>p1 0.0025mol·(L·min)－1 0.022mol·L－1

【解析】

(1)根據蓋斯定律，由反應①-反應②得CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH＝ΔH1-ΔH2=-94 kJ·mol－1-(-54 kJ·mol－1)=-40 kJ·mol－1；

(2)A. 反應①為反應前后氣體分子數不變的反應，容器容積不變，壓強始終保持不變，根據壓強不能判斷反應是否達到平衡狀態，故A錯誤；

B. 該反應的反應物和生成物均為氣體，且容器容積不變，則混合氣體的密度始終保持不變，據此不能判斷反應是否達到平衡狀態，故B錯誤；

C. 化學平衡常數只受溫度影響，由于溫度不變，不能由此判斷反應是否達到平衡狀態，故C錯誤；

D. 生成1 mol H—O鍵，同時生成1 mol H—S鍵，說明反應物的消耗速率等于生成物的消耗速率，也即正反應速率與逆反應速率相等，說明反應達到平衡狀態，故D正確；

(3)設反應達到平衡時，轉化的COS的物質的量為x mol，根據反應方程式COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g)可知平衡時COS(g)、H2(g)、H2S(g)、CO(g)的物質的量分別為(2－x) mol、(1－x) mol、x mol、x mol，容器的體積為5L，根據T1 ℃時有K正＝K逆得，解得x＝mol，則COS的平衡轉化率為×100%＝33.3%；

(4)該反應為氣體分子數增大的反應，溫度一定時，壓強越小，H2S的平衡轉化率越高，故壓強p3>p2>p1；

(5)根據題圖2可看出在950 ℃，壓強為p3時，H2S的平衡轉化率為30%，即反應的H2S的物質的量為0.5 mol×30%＝0.15 mol，由于化學方程式中H2S和H2的化學計量數相同，則v(H2)＝v(H2S)＝＝0.002 5 mol·(L·min)－1；

(6)根據題圖2可知壓強為p2、溫度為975 ℃時，H2S的平衡轉化率為40%，即分解的H2S為0.5 mol×40%＝0.2 mol，根據方程式2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)可知生成的n(S2)=0.1mol，n(H2)=0.2mol，剩余的n(H2S)=0.3mol，容器的體積為2L，所以平衡時H2S(g)、H2(g)、S2(g)的物質的量濃度分別為0.15 mol·L－1、0.10 mol·L－1和0.05 mol·L－1，則Kc＝mol·L－1≈0.022 mol·L－1。平衡時H2S(g)、H2(g)、S2(g)的物質的量分別為0.3 mol、0.2 mol和0.1 mol，即對應的平衡分壓分別為p2、p2、p2，則此時對應的Kp＝。