Question

【題目】一種通過鐵基氧載體（Fe3O4/FeO)深度還原和再生來合成二甲醚（CH3OCH3) 的原理如圖：

(1)二甲酸的合成反應(yīng)：3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)；△H1

①已知CO、CH3OCH3與H2的燃燒熱（△H）分別為 a kJ/mol、b kJ/mol、c kJ/mol（a、b、c均小于0），則△H1 ____kJ/moL。

②該反應(yīng)選用（CuO/ZnO/Al2O）復(fù)合催化劑，該催化劑能_____(填標號)。

A.提高反應(yīng)速率　　 B.促進平衡正向移動　　 C.改變反應(yīng)的焓變 D.降低反應(yīng)的活化能

(2)CH4氧化器中發(fā)生的主反應(yīng)：

i.CH4(g)+Fe3O4(s)=CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)

ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)=CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)

850℃時，壓強和部分氣體體積分數(shù)、固相各組分質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系如圖。

①隨著壓強的增大，反應(yīng)i的平衡常數(shù)K值________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

②結(jié)合圖像，分析H2O的體積分數(shù)變化的原因________(用化學方程式表示）。

(3)將一定量的FeO 和CO2置于CO2還原器（體積不變的密閉容器）中，發(fā)生的主反應(yīng)：CO2(g)+3FeO(s)=Fe3O4(s)+CO(g)。保持其他條件不變，測得不同溫度下最終反應(yīng)體系中CO、CO2體積分數(shù)如下表。

溫度t/℃	100	170	200	300	400	500
CO2體積分數(shù)	0.67	0.67	0.75	0.82	0.9	0.92
CO體積分數(shù)	0.33	0.33	0.25	0.18	0.1	0.08

①△H2______0(填“＞”或“＜”)。

②由上表可知，若在150℃時進行上述轉(zhuǎn)化，理論轉(zhuǎn)化率α(FeO)為100%。在上述反應(yīng)體系中，一定可以說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是______(填標號）。

A.CO2的物質(zhì)的量不變

B.體系的壓強不變

C.氣體的平均摩爾質(zhì)量不變

D.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零

③根據(jù)化學反應(yīng)原理，分析CO2還原器溫度設(shè)置在170℃的原因________。

Answer 1

【答案】3a+3c-b AD 不變 ＜ D 溫度過高，CO2的轉(zhuǎn)化率降低；溫度過低，反應(yīng)速率變慢

【解析】

（1）①CO燃燒熱的熱化學方程式為CO(g)+O2(g)=CO2(g)；△H=a kJ·mol-1①，CH3OCH3燃燒熱的熱化學方程式為CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)；△H=b kJ·mol-1②，H2燃燒熱的熱化學方程式為H2(g)+O2(g)=H2O(l)；△H=c kJ·mol-1③，根據(jù)目標方程式，應(yīng)是3×①＋3×③－②，得出△H=(3a＋3c－b)kJ·mol-1；

②A、使用催化劑降低活化能，提高單位體積內(nèi)活化分子百分數(shù)，使反應(yīng)速率加快，故A符合題意；

B、催化劑對化學平衡的移動無影響，故B不符合題意；

C、反應(yīng)焓變只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，催化劑不能降低反應(yīng)的焓變，故C不符合題意；

D、催化劑降低反應(yīng)的活化能，故D符合題意；

答案選AD；

（2）①化學平衡常數(shù)只受溫度的影響，即增大壓強，化學平衡常數(shù)不變；

②根據(jù)圖像分析，隨著反應(yīng)的進行，H2的含量降低，H2O的含量增大，可推斷反應(yīng)過程中H2轉(zhuǎn)化成H2O，發(fā)生的反應(yīng)為Fe3O4和H2反應(yīng)生成FeO和H2O，則化學反應(yīng)方程式為；

（3）①根據(jù)圖表分析，隨著溫度的升高，平衡時CO2的體積分數(shù)增大，CO的體積分數(shù)降低，標明化學平衡向逆反應(yīng)方向移動，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向為放熱反應(yīng)，即△H＜0；

②A、從表中可以看出溫度從100℃上升到170℃，已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化，此時CO2和CO的體積分數(shù)都不變，但此時不算平衡狀態(tài)，因此CO2物質(zhì)的量不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故A不符合題意；

B、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和相等，即壓強始終相等，因此壓強不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故B不符合題意；

C、根據(jù)A選項分析，氣體平均摩爾質(zhì)量不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故C不符合題意；

D、根據(jù)化學平衡狀態(tài)的定義，CO生成速率和消耗速率相等，且不等于0，說明反應(yīng)達到平衡，故D符合題意；

答案選D；

③溫度選擇170℃，從平衡的角度分析，溫度過高，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，從速率角度分析，溫度過低反應(yīng)速率變慢，則選擇170℃。