Question

【題目】運(yùn)用化學(xué)鏈燃燒技術(shù)有利于提高燃料利用率。化學(xué)鏈燃燒技術(shù)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(tǒng)燃燒反應(yīng)分解為幾個(gè)氣固反應(yīng)，燃料與空氣無(wú)須接觸，由載氧劑將空氣中的氧氣傳遞給燃料。回答下列問(wèn)題：

Ⅰ.以Fe2O3作載氧劑的化學(xué)鏈燃燒循環(huán)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的部分熱化學(xué)方程式如下，循環(huán)轉(zhuǎn)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(xiě)出圖中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_____________________________

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

Ⅱ.用FeO作載氧劑，部分反應(yīng)的lgKp [K是用平衡分壓(平衡分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))代替平衡濃度]與溫度的關(guān)系如圖所示。

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

(4)R點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下，向某恒容密閉容器中通入1molCO，并加入足量的FeO，只發(fā)生反應(yīng)CO(g)＋ FeO(s) CO2(g) ＋Fe(s)，則CO的平衡轉(zhuǎn)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(jìn)行反應(yīng)：CH4(g) ＋ 4FeO(s) 4Fe(s) ＋2H2O(g) ＋CO2(g)。反應(yīng)起始時(shí)壓強(qiáng)為P0，反應(yīng)進(jìn)行至10min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得此時(shí)容器的氣體壓強(qiáng)是起始?jí)簭?qiáng)的2倍。

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

(6)若起始時(shí)向該容器中加入1molCH4(g)，4molFeO(s)，1mol H2O(g)，0.5molCO2(g)，此時(shí)反應(yīng)向__________________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向進(jìn)行。

(7)其他條件不變，若將該容器改為恒壓密閉容器，則此時(shí)CH4的平衡轉(zhuǎn)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(jīng)反應(yīng)器A得到的尾氣中含有少量氧氣，氧氣與氫氣混合可能發(fā)生爆炸 bc 50% P02 正反應(yīng) 增大

【解析】

Ⅰ(1)應(yīng)用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算。

(2)空氣經(jīng)反應(yīng)器A后得到的尾氣，尾氣是氮?dú)夂蜕倭垦鯕獾幕旌衔铮�和氫氣接觸，氫氣和氧氣容易發(fā)生爆炸。

Ⅱ(3)反應(yīng)a，升高溫度，lgKp減小，Kp減小；反應(yīng)b、c，升高溫度，lgKp增大，Kp增大，再分析每一個(gè)反應(yīng)平衡移動(dòng)得出結(jié)論。

(4)建立“三步走”，再計(jì)算壓強(qiáng)平衡常數(shù)，最后得出結(jié)論。

Ⅲ(5)先建立“三步走”，計(jì)算消耗的量，再根據(jù)壓強(qiáng)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

(6)利用壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，得出此時(shí)壓強(qiáng)，再根據(jù)計(jì)算此時(shí)的壓強(qiáng)常數(shù)，與平衡壓強(qiáng)常數(shù)比較，再得出結(jié)論。

(7)利用相當(dāng)于改變壓強(qiáng)的情況來(lái)分析平衡怎樣移動(dòng)，得出平衡轉(zhuǎn)化率變化。

Ⅰ(1)應(yīng)用蓋斯定律，第一個(gè)方程式加上第二個(gè)方程式，得到總反應(yīng)的熱化學(xué)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(jīng)反應(yīng)器A后得到的尾氣，尾氣是氮?dú)夂蜕倭垦鯕獾幕旌衔铮�和氫氣接觸，氫氣和氧氣容易發(fā)生爆炸，因此不能直接用作工業(yè)合成氨的原料氣，原因是經(jīng)反應(yīng)器A得到的尾氣中含有少量氧氣，氧氣與氫氣混合可能發(fā)生爆炸，故答案為：不能；經(jīng)反應(yīng)器A得到的尾氣中含有少量氧氣，氧氣與氫氣混合可能發(fā)生爆炸。

Ⅱ(3)反應(yīng)a，升高溫度，lgKp減小，Kp減小，平衡逆向移動(dòng)，逆向是吸熱反應(yīng)，正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，反應(yīng)b、c，升高溫度，lgKp增大，Kp增大，平衡正向移動(dòng)，正向是吸熱反應(yīng)，即屬于吸熱反應(yīng)的是反應(yīng)b、c，故答案為：b、c。

(4)R點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(zhuǎn)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(jìn)行反應(yīng)：CH4(g) ＋ 4FeO(s) 4Fe(s) ＋2H2O(g) ＋CO2(g)。反應(yīng)起始時(shí)壓強(qiáng)為P0，反應(yīng)進(jìn)行至10min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得此時(shí)容器的氣體壓強(qiáng)是起始?jí)簭?qiáng)的2倍。

根據(jù)壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，P0：2P0=1mol：(1-x+2x+x)mol，解得x=0.5mol，

(5)T℃下，該反應(yīng)的，故Kp = P02，故答案為：P02。

(6)若起始時(shí)向該容器中加入1molCH4(g)，4molFeO(s)，1mol H2O(g)，0.5molCO2(g)，此時(shí)物質(zhì)的量是原來(lái)的2.5倍，因此壓強(qiáng)是原來(lái)的2.5倍，此時(shí)，因此反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故答案為：正反應(yīng)。

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