Question

【题目】煤气中主要的含硫杂质有H2S以及CS2、COS等有机硫，煤气燃烧后含硫杂质会转化成SO2从而引起大气污染。煤气中H2S的脱除程度已成为其洁净度的一个重要指标，脱除煤气中H2S的方法有干法脱硫和湿法脱硫，其中湿法脱硫的原理是利用Na2CO3溶液吸收H2S生成NaHS，再进一步被空气氧化成Na2S2O3。

请回答下列问题：

（1）①Na2S2O3的化学名称为___________。

（2）脱除煤气中COS的方法有Br2的KOH溶液氧化法、H2还原法以及水解法等。

①COS的分子结构与CO2相似，COS的电子式为_____________。

②Br2的KOH溶液将COS氧化为硫酸盐和碳酸盐的离子方程式为___________________；增大压强，COS的转化率_____________（填“提高”、“不变”或“降低”）。

③已知断裂1mol化学键所需的能量如下：

化学键	H—H	C═O	C═S	H—S
E/kJmol-1	436	745	577	339	1072

H2还原COS发生的反应为H2(g)+COS(g) ═H2S(g)+CO(g)，该反应的ΔH=________kJ·mol-1。

④用活性α—Al2O3催化COS水解的反应为COS(g)+ H2 O(g) CO2(g)+ H2S (g) ΔH<0，相同投料比、相同流量且在催化剂表面停留相同时间时，在相同的时间内测得不同温度下COS的转化率（未达平衡）如图1所示；某温度下，COS的平衡转化率与的关系如图2所示。

由图1可知，催化剂活性最大时对应的温度约为_______；由图2可知，P点时平衡常数K=____________（保留2位有效数字）。

（3）回收处理燃煤烟气中SO2的方法之一是用氨水先将SO2转化为NH4HSO3，再通入空气将其氧化成(NH4)2SO4。能提高燃煤烟气中SO2去除率的措施有__________（填字母）。

a．增大氨水浓度 b．增大燃煤烟气的流速 c．升高温度 d．增大压强

Answer 1

【答案】硫代硫酸钠 COS+4Br2+12OH- = CO32- + SO42- + 8Br- +6H2O 提高 +8 150℃ 0.048 ad

【解析】

(1) Na2S2O3的化学名称是硫代硫酸钠。

(2) ①CO2的结构式为O=C=O，据此写出COS的电子式。②Br2具有较强氧化性，COS中硫元素显-2价，其中硫元素表现较强的还原性，结合题给信息写出其离子方程式。③根据反应热ΔH=反应物总键能－生成物总键能，结合物质结构式计算。④由图像1可知，COS的转化率开始一段时间随温度的升高而增大，当温度约为150℃时转化率最大，随后温度升高COS转化率反而减小，说明催化剂的活性降低。图2是COS的平衡转化率随变化曲线，P点的COS的平衡转化率为30%，初始投料比=3，再根据反应COS(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2S(g)平衡常数表达式计算。

(3)根据题给信息写出去除SO2的化学方程式为SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq)， 2NH4HSO3(aq)+O2(g)=(NH4)2SO4(aq)+H2SO4(aq)，根据反应速率和反应进行的限度分析。

(1) Na2S2O3的化学名称是硫代硫酸钠。

(2)①CO2的结构式为O=C=O，S和O一样都有6个价电子，COS的电子式为。

②Br2具有较强氧化性，COS中硫元素显-2价，其中硫元素表现较强的还原性，反应生成SO42-、CO32-、Br-和H2O，根据元素守恒和得失电子守恒写出其离子方程式为COS+4Br2+12OH- = CO32- + SO42- + 8Br- +6H2O。该反应的正反应气体体积减小，故增大压强平衡向正反应方向移动，所以增大压强，COS的转化率提高。

③H2(g)+COS(g) ═H2S(g)+CO(g)，根据物质结构式H-H，O=C=S，H-S-H，CC，有反应热ΔH=反应物总键能－生成物总键能=(1×436kJ/mol+1×745kJ/mol+1×577kJ/mol)－(2×339kJ/mol+1×1072kJ/mol)=+8kJ/mol。

④COS(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2S(g) ΔH<0，由图1可知，相同投料比、相同流量且在催化剂表面停留相同时间时，COS的转化率开始一段时间随温度的升高而增大，当温度约为150℃时转化率最大，所以催化剂活性最大时对应的温度约为150℃。由图2可知，P点对应的状态是平衡状态，且COS的平衡转化率为30%，初始投料比=3，设初始COS的物质的量为a mol，容器体积为VL，则初始H2O的物质的量为3a mol。达到平衡时COS转化的物质的量为0.3a mol，则平衡时COS、H2O、CO2、H2S的物质的量分别为0.7a mol、2.7a mol、0.3a mol、0.3a mol，由COS(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2S(g)知P点平衡常数K===≈0.048。

(3)根据题给信息可得：SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq)， 2NH4HSO3(aq)+O2(g)=(NH4)2SO4(aq)+H2SO4(aq)。a.增大氨水浓度，可使SO2的吸收率增大，反应转化得更彻底，可以有效提高SO2的去除率，a项正确；b. 增大燃煤烟气的流速，将使气体与溶液接触时间缩短，燃煤烟气吸收不充分，SO2的去除率降低，b项错误；c.升高温度气体的溶解度减小，使浓氨水挥发，SO2溶解度降低，所以SO2的去除率降低，c项错误；d.由去除SO2的反应原理可知，增大压强反应速率增大，而且平衡向正反应方向移动，所以增大压强能够有效增大SO2的去除率，d项正确；答案选ad。