(1)①已知:H2(g)+COS(g)
H2(g)+CO2(g)
H2S(g)+CO(g) ΔH1=+6.2kJ·mol1 H2O(g)+CO(g) ΔH2=+41.2kJ·mol
-1
-
则COS精度脱除反应H2O(g)+COS(g)H2S(g)+CO2(g) 的ΔH= kJ·mol1。
-
②将H2O与COS以体积比1:2置于恒温恒容密闭容器中反应,若测得该反应平衡时H2O与COS的体积比1:6,则该温度下,脱除反应的平衡常数K= (保留两位小数)。 (2)T℃时,以一定流速、不同物质的量的H2O(g)和COS(g)通过流化床,测得COS(g)脱除速率变化关系如下图。
已知:COS脱除反应机理如下,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。 a.吸附:H2O→H2O*
b.反应:COS+H2O*→CO2+H2S* c.脱附:H2S*→H2S
①若COS(g)脱除速率v=knx(COS)·ny(H2O) (mol·min1),由图中的数据可算出x、k的值:x=______,k=______。
②“吸附”步骤为________(填“快反应”或“慢反应”),理由是_________________________________。
③脱除反应的决速步骤为________(填“a”、“b”或“c”)。
④少量氢气可以抑制催化剂积硫(S*)中毒,分析该流化床中可能存在的可逆反应是___________。
(3)工业上常采用下图所示电解装置,将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫。首先通电电解K4[Fe(CN)6]与KHCO3的混合溶液,通电一段时间后,再向所得溶液通入H2S时发生
2-+HS===2[Fe(CN)]4-+2HCO-+S↓。反应的离子方程式为2[Fe(CN)6]3-+2CO3电解过程中263
-
阴极区电极反应式为___________。
28 【命题意图】
本题以利用天然气中脱除COS反应为背景,对化学反应原理的必备知识进行深度考查,如盖斯定律、化学平衡的移动及三段式平衡计算、化学反应速率影响因素、电解池等核心知识。能力层面上考查学生独立思考能力、获取信息能力、逻辑推理能力、及对图像观察思考能力。 【讲评建议】
(1)①由盖斯定律可得H2O(g)+COS(g)
H2S(g)+CO2(g) ΔH=-35.0kJ·mol1
-
②已知:H2O与COS以体积比1:2,根据阿伏伽德罗定律,物质的量之比为1:2, 利用“三段式”计算,设n始(H2O)=1 mol,n始(COS)=2 mol,则平衡时n平(H2O)=a mol,n平(COS)=6a mol
H2O(g)+COS(g)
H2S(g)+CO2(g)
起始(mol) 1 2 0 0 转化(mol) 1-a 2-6a 1-a 1-a 平衡(mol) a 6a 1-a 1-a 由1-a=2-6a可推出a=0.2mol
带入可得出平衡时n平(H2O)=0.2 mol,n平(COS)=1.2 mol,n平(H2S)=n平(CO2)=0.8 mol K=(0.8×0.8)/(0.2×1.2)≈2.67(由于是等体积的反应,可直接带入n)
(2)①由图可知:COS(g)水解速率v不受n(H2O)的影响,但与n(COS)呈现一次函数关系,则x=0,y=1,可知v=kn(COS) (mol·min1),当n(COS)=0.15mol时,v=0.3 mol·min1,k=2(min
-1
-
-
);
②根据COS(g)脱除反应机理可知,脱除反应分为三个步骤,再由速率方程v=kn(COS)可知脱除速率与n(H2O)无关,n(H2O)不影响总反应速率因此吸附:H2O→H2O*步骤是非常快速完成(快反应)。
③根据COS(g)脱除速率方程及COS脱除反应机理可知,脱除反应速率与COS(g)有关,可知反应:COS+H2O*→CO2+H2S*步骤是比较三个步骤中最慢的,因此决速步骤为b。 ④在COS脱除反应中,硫元素是以H2S(g)形式被脱除,因此在实验过程中少量氢气可以和催化剂积硫(S*)反应形成H2S*,从而达到抑制催化剂积硫(S*)中毒的目的,S*+H2
-
H2S*
-
(3)对比原装置中试剂及向所得溶液通入H2S时发生反应的离子方程式2[Fe(CN)6]3+2CO23
---?
+H2S===2[Fe(CN)6]4+2HCO3+S↓,可得出在电解过程中阳极区发生电极反应[Fe(CN)6]4
-e=== [Fe(CN)6]3,那么阴极区则由HCO3转变为CO23,也可理解为阴极区参与放电的为2H2O+2e=== H2↑+2OH,再把2OH+2HCO3===2CO23+2H2O两个反应加起来可得出2HCO3+2e=== H2↑+2CO23。 28.(14分)
(1)①-35.0 (2分)
②2.67 (2分) (2)1;2 ( 各1分 , 2分) (3)①快反应 ( 1分) 由于H2O(g)的物质的量不影响总反应速率,因此“吸附”步骤是快反应 ( 1分) ②b (2分) ③S*+H2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
----
H2S*(没有注明*扣1分) (2分)
-
-
(4)2HCO3+2e=== H2↑+2CO23 ( 2分)
35.【化学一物质结构与性质】(15分)
Cu、Zn及其化合物在生产、生活中有着重要作用。
(1)Cu、Zn在周期表中________区,焰色反应时Cu的4s电子会跃迁至4p轨道,写出Cu的激发态电子排布式__________。
(2)分别向CuSO4、MgSO4溶液加氨水至过量,前者为深蓝色溶液,后者为白色沉淀。
①NH3与Cu2形成配合物的能力大于Mg2+的原因是____________。
②溶液中的水存在H3O+、H5O2+等微粒形式,H5O2+可看作是H3O+与H2O通过氢键形成的离子,则H5O2+的结构式是_________。 (3)Zn的某种化合物M是很好的补锌剂,结构式如右图: ①1molM含有的σ键的数目为________。
②常见含N的配体有H2NCH2COO、NH3、N3等,NH3的分子间构型为________,N3的中心N原子杂化方式为________。
③M在人体内吸收率高的原因可能是锌形成螯合物后,电荷__________(填“变多” “变少” 或“不变”),可在消化道内维持良好的稳定性。 (4)卤化锌的熔点如下表:
卤化锌/ZnX2
熔点/℃
ZnF2 872
ZnCl2 283
ZnBr2 394
ZnI2 445
-
-
-
+
空
则ZnX2熔点如表变化的原因是____________。
(5)Zn的某种硫化物的晶胞如右下图所示。已知晶体密度为d g?cm-3,且S2-、Zn2+相切,则Zn2+与S2+的核间距为__________nm(写计算表达式)。
35题评分细则
(1)ds [Ar]3d104p1 或1s22s22p63s23p63d104p1 (各1分,共2分) (2)
+
①由于Cu2对配体NH3的孤电子对吸引力大(或电子云重叠大),配位键强。(或由于姜泰勒效应(畸变效应) 铜离子形成配位键能获得额外稳定能,形成的配位键更稳定;或路易斯软硬
酸碱理论,铜离子是软酸,氨分子是软碱。以上竞赛学生可能回答) 只写半径大不得分。 (2分) ②
(2分) (氢键符号错,H2O的H形成氢键不得分)
(3)
①20NA (2分)
②三角锥型(形) sp杂化 (各1分,共2分) ③ 变少 (1分)
(4)ZnF2属于离子晶体,ZnCl2、 ZnBr2、 ZnI2属于分子晶体;ZnCl2、 ZnBr2、 ZnI2 相对分子质量依次增大,范德华力也依次增大 (2点各1分,共2分) (5)
35题解析
(2分) (其他合理写法也给分)