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：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該反應選用（CuO/ZnO/Al2O）復合催化劑，該催化劑能_____(填標號)。

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

(2)CH4氧化器中發(fā)生的主反應：

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、固相各組分質量分數的關系如圖。

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

②結合圖像，分析H2O的體積分數變化的原因________(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：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體系中CO、CO2體積分數如下表。

溫度t/℃	100	170	200	300	400	500
CO2體積分數	0.67	0.67	0.75	0.82	0.9	0.92
CO體積分數	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℃時進行上述轉化，理論轉化率α(FeO)為100%。在上述反應體系中，一定可以說明該反應達到平衡狀態(tài)的是______(填標號）。

A.CO2的物質的量不變

B.體系的壓強不變

C.氣體的平均摩爾質量不變

D.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零

③根據化學反應原理，分析CO2還原器溫度設置在170℃的原因________。

Answer 1

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

【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，根據目標方程式，應是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，提高單位體積內活化分子百分數，使反應速率加快，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、反應焓變只與始態(tài)和終態(tài)有關，催化劑不能降低反應的焓變，故C不符合題意；

D、催化劑降低反應的活化能，故D符合題意；

答案選AD；

（2）①化學平衡常數只受溫度的影響，即增大壓強，化學平衡常數不變；

②根據圖像分析，隨著反應的進行，H2的含量降低，H2O的含量增大，可推斷反應過程中H2轉化成H2O，發(fā)生的反應為Fe3O4和H2反應生成FeO和H2O，則化學反應方程式為；

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

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

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

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

D、根據化學平衡狀態(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的轉化率降低，從速率角度分析，溫度過低反應速率變慢，則選擇170℃。