Question

【題目】運用化學鏈燃燒技術有利于提高燃料利用率�；瘜W鏈燃燒技術的基本原理是借助載氧劑(如Fe2O3，FeO等)將燃料與空氣直接接觸的傳統燃燒反應分解為幾個氣固反應，燃料與空氣無須接觸，由載氧劑將空氣中的氧氣傳遞給燃料�；卮鹣铝袉栴}：

Ⅰ.以Fe2O3作載氧劑的化學鏈燃燒循環轉化反應的部分熱化學方程式如下，循環轉化的原理如圖所示：

①C(s) ＋H2O(g) = CO(g)＋ H2(g) ΔH = akJmol-1

②CO(g)＋ H2(g) ＋ O2(g) = CO2(g) ＋H2O(g) ΔH = bkJmol-1

(1)寫出圖中總反應的熱化學方程式：_____________________________

(2)空氣經反應器A后得到的尾氣___________(填“能”或“不能”)直接用作工業合成氨的原料氣，原因是_____________________。

Ⅱ.用FeO作載氧劑，部分反應的lgKp [K是用平衡分壓(平衡分壓=總壓×物質的量分數)代替平衡濃度]與溫度的關系如圖所示。

(3)圖中涉及的反應中，屬于吸熱反應的是反應_________________(填字母)。

(4)R點對應溫度下，向某恒容密閉容器中通入1molCO，并加入足量的FeO，只發生反應CO(g)＋ FeO(s) CO2(g) ＋Fe(s)，則CO的平衡轉化率為______________.

Ⅲ.在T℃下，向某恒容密閉容器中加入1molCH4(g)和4mol FeO(s)進行反應：CH4(g) ＋ 4FeO(s) 4Fe(s) ＋2H2O(g) ＋CO2(g)。反應起始時壓強為P0，反應進行至10min時達到平衡狀態，測得此時容器的氣體壓強是起始壓強的2倍。

(5)T℃下，該反應的Kp = _____________________.

(6)若起始時向該容器中加入1molCH4(g)，4molFeO(s)，1mol H2O(g)，0.5molCO2(g)，此時反應向__________________(填“正反應”或“逆反應”)方向進行。

(7)其他條件不變，若將該容器改為恒壓密閉容器，則此時CH4的平衡轉化率___________(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】C(s) O2(g) = CO2(g) ΔH = (a + b)kJmol-1 不能 經反應器A得到的尾氣中含有少量氧氣，氧氣與氫氣混合可能發生爆炸 bc 50% P02 正反應 增大

【解析】

Ⅰ(1)應用蓋斯定律進行計算。

(2)空氣經反應器A后得到的尾氣，尾氣是氮氣和少量氧氣的混合物，和氫氣接觸，氫氣和氧氣容易發生爆炸。

Ⅱ(3)反應a，升高溫度，lgKp減小，Kp減小；反應b、c，升高溫度，lgKp增大，Kp增大，再分析每一個反應平衡移動得出結論。

(4)建立“三步走”，再計算壓強平衡常數，最后得出結論。

Ⅲ(5)先建立“三步走”，計算消耗的量，再根據壓強平衡常數進行計算。

(6)利用壓強之比等于物質的量之比，得出此時壓強，再根據計算此時的壓強常數，與平衡壓強常數比較，再得出結論。

(7)利用相當于改變壓強的情況來分析平衡怎樣移動，得出平衡轉化率變化。

Ⅰ(1)應用蓋斯定律，第一個方程式加上第二個方程式，得到總反應的熱化學方程式：C(s) O2(g) = CO2(g) ΔH = (a + b)kJmol-1，故答案為：C(s) O2(g) = CO2(g) ΔH = (a + b)kJmol-1。

(2)空氣經反應器A后得到的尾氣，尾氣是氮氣和少量氧氣的混合物，和氫氣接觸，氫氣和氧氣容易發生爆炸，因此不能直接用作工業合成氨的原料氣，原因是經反應器A得到的尾氣中含有少量氧氣，氧氣與氫氣混合可能發生爆炸，故答案為：不能；經反應器A得到的尾氣中含有少量氧氣，氧氣與氫氣混合可能發生爆炸。

Ⅱ(3)反應a，升高溫度，lgKp減小，Kp減小，平衡逆向移動，逆向是吸熱反應，正向為放熱反應，反應b、c，升高溫度，lgKp增大，Kp增大，平衡正向移動，正向是吸熱反應，即屬于吸熱反應的是反應b、c，故答案為：b、c。

(4)R點對應溫度下，向某恒容密閉容器中通入1molCO，并加入足量的FeO，lgKp=0，Kp=1。

解得x = 0.5mol

，則CO的平衡轉化率為50%，故答案為：50%。

Ⅲ.在T℃下，向某恒容密閉容器中加入1molCH4(g)和4mol FeO(s)進行反應：CH4(g) ＋ 4FeO(s) 4Fe(s) ＋2H2O(g) ＋CO2(g)。反應起始時壓強為P0，反應進行至10min時達到平衡狀態，測得此時容器的氣體壓強是起始壓強的2倍。

根據壓強之比等于物質的量之比，P0：2P0=1mol：(1-x+2x+x)mol，解得x=0.5mol，

(5)T℃下，該反應的，故Kp = P02，故答案為：P02。

(6)若起始時向該容器中加入1molCH4(g)，4molFeO(s)，1mol H2O(g)，0.5molCO2(g)，此時物質的量是原來的2.5倍，因此壓強是原來的2.5倍，此時，因此反應向正反應方向進行，故答案為：正反應。

(7)將該容器改為恒壓密閉容器，容器體積變大，相當于在原來容器基礎上減小壓強，平衡正向移動，CH4的平衡轉化率增大，故答案為：增大。