Question

【題目】運用化學鏈燃燒技術有利于提高燃料利用率。化學鏈燃燒技術的基本原理是將傳統的燃料與空氣直接接觸反應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，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轉化的原理如下:

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在反應器B中進行的反應是_______(填反應前面的代號)；“物質2”是______(填化學式)。

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

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

①圖中涉及的反應中,屬于吸熱反應的是______(填反應前面的代號)。

②恒容密閉容器中進行反應:CH4(g) +4FeO(s)=4Fe(s) +2H2O(g)+CO2(g)，不能說明該反應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.單位時間內斷裂C-H鍵與斷裂H-O鍵數目相等

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

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，只發生反應I，在R點(lgKp=0)，則CO的平衡轉化率為________。

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

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由循環轉化圖可知，反應器A消耗空氣中的氧氣，生成了載氧劑，反應器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，在反應器B中進行的反應是II、III；“物質2”是Fe3O4。

②根據蓋斯定律，反應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與溫度的關系圖中可看出,反應II、III的lgKp隨溫度升高而增大，即升高溫度平衡向正反應方向移動，故反應II、III屬于吸熱反應；

②CH4(g)+4FeO(s)4Fe(s)+2H2O(g)+CO2(g)，a.v正(CH4)=v正(CO2)，兩個都表示正反應速率，不能說明已達平衡，應選a；b.由于兩邊氣體分子數不相等，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，說明各組分物質的量不再改變，達到平衡；d.單位時間內斷裂C-H鍵數目等于斷裂H-O鍵數目，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若只發生反應I和II，平衡時對應上圖中Q處時，兩條曲線相交，兩個反應的平衡常數相等，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)

起始物質的量（mol） 0.8 0.2

轉化的物質的量（mol）x x

平衡時物質的量（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發生氧化還原反應生成CaS，硫的化合價降低，根據氧化還原反應化合價升降規律，可判斷另一產物為CO2則反應的化學方程式是CaSO4+4COCaS+4CO2，本題答案為：CaSO4+4COCaS+4CO2。