Question

将CH₄、CO₂催化重整为可用的化学品，对缓解能源危机、改善环境意义重大。

(l)以Fe(OH)₃为脱硫剂，通过复分解反应吸收H₂S，产物是H₂O和___________。

(2)过程A主要涉及以下反应：

i. CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)    △H=+247kJ/mol

ii. CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)      △H=-41kJ/mol

①反应i的化学平衡常数K随温度的变化关系是____。

②分析反应iixt反应i中CO₂转化率可能的影响并说明理由：____（写出一种即可）。

(3)某科研团队利用Ni、CaO、Fe₃O₄三种催化剂在850℃下“超干重整”CH₄和CO₂；

  过程I．通入CO₂和CH₄，所得CO被吸收，H₂O被分离出体系，如下面左图所示。

  过程Ⅱ．H₂O被分离后，向该装置中再通入He气，使催化剂再生并获得CO，如下面右图所示。

①CH₄和CO₂重整为CO、H₂O的热化学方程式是____________。

②结合反应方程式简述Fe₃O₄的催化作用：___________。

③CaO对Fe₃O₄是否起到催化作用至关重要，实验研究结果如下表：

编号	催化剂	是否添加CaO	还原产物
1	Fe3O4	添加	有Fe
2	Fe3O4	不添加	无Fe

运用有关化学原理解释实验结果：____。

Answer

Fe2S3 随着温度升高，化学平衡常数K升高。 ⅱ反应放热，使温度升高，i反应为吸热反应，平衡正向移动，CO2转化率升高。 CH4 (g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g) △H=+329kJ/mol Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2，Fe3O4+4H2 3Fe+4H2O H2还原Fe3O4放出H2O，CO还原Fe3O4产生CO2被CaO吸收，然后在He的作用下CaCO3分解放出CO2，与Fe作用恢复到Fe3O4，达到催化效果。 CaO+CO2=CaCO3，CaO吸收过程I中产生的CO2，使CO2浓度降低至0，反应Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2平衡正向移动，提高反应效率。

【解析】(l)以Fe(OH)3为脱硫剂，通过复分解反应吸收H2S，则根据原子守恒可知产物是H2O和Fe2S3。(2)①反应i是吸热反应，则化学平衡常数K随温度的变化关系是随着温度升高，化学平衡常数K升高。②根据热化学方程式可知ⅱ反应放热，使温度升高，i反应为吸热反应，平衡正向移动，从而导致CO2转化率升高。（3）①已知：i. CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol，ii. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41kJ/mol，根据盖斯定律可知i－ii×2即得到CH4和CO2重整为CO、H2O的热化学方程式是CH4(g)+3CO2(g)4CO(g)+2H2O(g) △H=+329kJ/mol。②根据示意图可知反应的方程式为Fe3O4+4CO3Fe+4CO2，Fe3O4+4H23Fe+4H2O，其中H2还原Fe3O4放出H2O，CO还原Fe3O4产生CO2被CaO吸收，然后在He的作用下CaCO3分解放出CO2，与Fe作用恢复到Fe3O4，达到催化效果。③氧化钙易吸水：CaO+CO2=CaCO3，CaO吸收过程I中产生的CO2，使CO2浓度降低至0，反应Fe3O4+4CO3Fe+4CO2平衡正向移动，从而提高反应效率。