Question

【题目】一种通过铁基氧载体（Fe3O4/FeO)深度还原和再生来合成二甲醚（CH3OCH3) 的原理如图：

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

①已知CO、CH3OCH3与H2的燃烧热（△H）分别为 a kJ/mol、b kJ/mol、c kJ/mol（a、b、c均小于0），则△H1 ____kJ/moL。

②该反应选用（CuO/ZnO/Al2O）复合催化剂，该催化剂能_____(填标号)。

A.提高反应速率　　 B.促进平衡正向移动　　 C.改变反应的焓变 D.降低反应的活化能

(2)CH4氧化器中发生的主反应：

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

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

850℃时，压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如图。

①随着压强的增大，反应i的平衡常数K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

②结合图像，分析H2O的体积分数变化的原因________(用化学方程式表示）。

(3)将一定量的FeO 和CO2置于CO2还原器（体积不变的密闭容器）中，发生的主反应：CO2(g)+3FeO(s)=Fe3O4(s)+CO(g)。保持其他条件不变，测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。

温度t/℃	100	170	200	300	400	500
CO2体积分数	0.67	0.67	0.75	0.82	0.9	0.92
CO体积分数	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℃时进行上述转化，理论转化率α(FeO)为100%。在上述反应体系中，一定可以说明该反应达到平衡状态的是______(填标号）。

A.CO2的物质的量不变

B.体系的压强不变

C.气体的平均摩尔质量不变

D.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零

③根据化学反应原理，分析CO2还原器温度设置在170℃的原因________。

Answer 1

【答案】3a+3c-b AD 不变 ＜ D 温度过高，CO2的转化率降低；温度过低，反应速率变慢

【解析】

（1）①CO燃烧热的热化学方程式为CO(g)+O2(g)=CO2(g)；△H=a kJ·mol-1①，CH3OCH3燃烧热的热化学方程式为CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)；△H=b kJ·mol-1②，H2燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)=H2O(l)；△H=c kJ·mol-1③，根据目标方程式，应是3×①＋3×③－②，得出△H=(3a＋3c－b)kJ·mol-1；

②A、使用催化剂降低活化能，提高单位体积内活化分子百分数，使反应速率加快，故A符合题意；

B、催化剂对化学平衡的移动无影响，故B不符合题意；

C、反应焓变只与始态和终态有关，催化剂不能降低反应的焓变，故C不符合题意；

D、催化剂降低反应的活化能，故D符合题意；

答案选AD；

（2）①化学平衡常数只受温度的影响，即增大压强，化学平衡常数不变；

②根据图像分析，随着反应的进行，H2的含量降低，H2O的含量增大，可推断反应过程中H2转化成H2O，发生的反应为Fe3O4和H2反应生成FeO和H2O，则化学反应方程式为；

（3）①根据图表分析，随着温度的升高，平衡时CO2的体积分数增大，CO的体积分数降低，标明化学平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应方向为放热反应，即△H＜0；

②A、从表中可以看出温度从100℃上升到170℃，已经完全转化，此时CO2和CO的体积分数都不变，但此时不算平衡状态，因此CO2物质的量不变，不能说明反应达到平衡，故A不符合题意；

B、反应前后气体系数之和相等，即压强始终相等，因此压强不变，不能说明反应达到平衡，故B不符合题意；

C、根据A选项分析，气体平均摩尔质量不变，不能说明反应达到平衡，故C不符合题意；

D、根据化学平衡状态的定义，CO生成速率和消耗速率相等，且不等于0，说明反应达到平衡，故D符合题意；

答案选D；

③温度选择170℃，从平衡的角度分析，温度过高，CO2的转化率降低，从速率角度分析，温度过低反应速率变慢，则选择170℃。