Question

【題目】運用化學鏈燃燒技術(shù)有利于提高燃料利用率。化學鏈燃燒技術(shù)的基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應(yīng)的燃燒借助于載氧劑(如Fe2O3、FeO等)的作用分解為幾個氣固反應(yīng)，燃料與空氣無需接觸,由載氣劑將空氣中的氧傳遞給燃料。回答下列問題:

(1)用Fe2O3作載氧劑的化學鏈燃燒部分熱化學方科式及循環(huán)轉(zhuǎn)化的原理如下:

I.C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) △H1

II.Fe2O3(s)+1/3CO(g)=2/3Fe3O4(s)+1/3CO2(g) △H2

III.Fe2O3(s)+1/3H2(g)=2/3Fe3O4(s)+1/3H2O(g) △H3

IV.Fe3O4(s)+1/4O2(s)=3/2Fe2O3 (s) △H4

①在反應(yīng)器B中進行的反應(yīng)是_______(填反應(yīng)前面的代號)；“物質(zhì)2”是______(填化學式)。

②反應(yīng)C(s)+O2(g)=CO2(g)的△H=______(用△H1、△H2、△H3、△H4表示)。

(2)用FeO作載氧劑部分反應(yīng)的lgKp[Kp是用平衡分壓代替平衡濃度(平衡分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))]與溫度的關(guān)系如下圖所示:

①圖中涉及的反應(yīng)中,屬于吸熱反應(yīng)的是______(填反應(yīng)前面的代號)。

②恒容密閉容器中進行反應(yīng):CH4(g) +4FeO(s)=4Fe(s) +2H2O(g)+CO2(g)，不能說明該反應(yīng)已達到化學平衡的標志是______( 填字母)。

a.v正(CH4)=v正(CO2)

b.氣體的壓強不再隨時間變化

c.氣體的密度不再隨時間變化

d.單位時間內(nèi)斷裂C-H鍵與斷裂H-O鍵數(shù)目相等

③若某恒容密閉容器中只發(fā)生反應(yīng)I和II，平衡時對應(yīng)上圖中Q 處時，容器中氣體分壓p(X)間應(yīng)滿足的關(guān)系是__________。

④在某密閉容器中充入0.8 molCO和0.2 mol CO2 并加入足量的FeO，只發(fā)生反應(yīng)I，在R點(lgKp=0)，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率為________。

(3)若用CaSO4作載氧劑進行化學鏈燃燒時，CaSO4與CO發(fā)生反應(yīng)生成CaS，則反應(yīng)的化學方程式是__________________。

Answer 1

【答案】 II、III Fe3O4 △Hl+3△H2+3△H3+4△H4 II、III a p(CH4)=p(CO)·p2(H2O) 37.5% CaSO4+4COCaS+4CO2

【解析】①由循環(huán)轉(zhuǎn)化圖可知，反應(yīng)器A消耗空氣中的氧氣，生成了載氧劑，反應(yīng)器B中載氧劑將合成氣中的CO、H2分別氧化為CO和H2O，本身被還原,因此，在反應(yīng)器B中進行的反應(yīng)是II、III；“物質(zhì)2”是Fe3O4。

②根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)C(s)+O2(g)=CO2(g)可由I+II×3+III×3+IV×4得到，因此，△H=△Hl+3△H2+3△H3+4△H4 ；

（2）①從lgKp與溫度的關(guān)系圖中可看出,反應(yīng)II、III的lgKp隨溫度升高而增大，即升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，故反應(yīng)II、III屬于吸熱反應(yīng)；

②CH4(g)+4FeO(s)4Fe(s)+2H2O(g)+CO2(g)，a.v正(CH4)=v正(CO2)，兩個都表示正反應(yīng)速率，不能說明已達平衡，應(yīng)選a；b.由于兩邊氣體分子數(shù)不相等，當氣體的壓強不再隨時間變化，說明各成分含量不再改變，達到平衡；c.由于恒容，且FeO和Fe為固體，當氣體的密度不再隨時間變化，說明各組分物質(zhì)的量不再改變，達到平衡；d.單位時間內(nèi)斷裂C-H鍵數(shù)目等于斷裂H-O鍵數(shù)目，即甲烷的消耗速率等于水的消耗速率，說明v正=v逆，已達平衡；故選a。

③若只發(fā)生反應(yīng)I和II，平衡時對應(yīng)上圖中Q處時，兩條曲線相交，兩個反應(yīng)的平衡常數(shù)相等，因KI=p(CO2)/p(CO),KII=p2(H2O)p(CO2)/p(CH4),KI=KII，p(CH4)=p(CO)·p2(H2O)；

④ CO(g)+FeO(s)Fe(s)+CO2(g)

起始物質(zhì)的量（mol） 0.8 0.2

轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量（mol）x x

平衡時物質(zhì)的量（mol）0.8-x 0.2+x

由于在R點(lgKp=0)，則Kp=c(CO2)/c(CO)=n(CO2)/n/c(CO)==1 ,解得：x=0.3,則CO的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%=37.5%;

綜上，本題答案為：a ；p(CH4)=p(CO)·p2(H2O)； 37.5%

(3)CaSO4與CO發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CaS，硫的化合價降低，根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價升降規(guī)律，可判斷另一產(chǎn)物為CO2則反應(yīng)的化學方程式是CaSO4+4COCaS+4CO2，本題答案為：CaSO4+4COCaS+4CO2。