Question

化学链燃烧技术的基本原理是借助载氧剂(如Fe₂O₃，FeO等)将燃料与空气直接接触的传统燃烧反应分解为几个气固反应，燃料与空气无须接触，由载氧剂将空气中的氧气传递给燃料。回答下列问题：

(1)用FeO作载氧剂，部分反应的lgK_p与温度的关系如图所示。［已知：平衡常数K_p是用平衡分压(平衡分压＝总压×物质的量分数)代替平衡浓度］

①图中涉及的反应中，属于放热反应的是反应________(填字母 a ， b 或 c) 。

②R 点对应温度下，向某恒容密闭容器中通入 1. 5mol CO， 并加入足量的 FeO， 只发生反应a：CO(g) + FeO(s)⇌CO₂ (g)+ Fe(s)， 则CO的平衡转化率为_________。

(2)在T℃下，向某恒容密闭容器中加入 2mol CH₄ ( g ) 和 8mol FeO ( s ) 进行反应 b：CH₄ (g) + 4FeO(s)⇌4Fe(s)+ 2H₂O( g) +CO₂ ( g) 。反应起始时压强为 P₀，达到平衡状态时 ，容器的气体压强是起始压强的 2 倍。

①反应达平衡时 ，容器内气体的总物质的量为______mol;

②T℃下，该反应的K_p =________。

③若起始时向该容器中加入 0. 5mol CH₄ (g)， 2mol FeO(s)， 3mol H₂O(g)， 1. 5mol CO₂ (g)， 此时反应向______(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。

(3)一种微胶囊吸收剂 ，将煤燃烧排放的 CO₂ 以安全、高效的方式处理掉，胶囊内部充有 Na₂CO₃ 溶液，其原理如下图所示。

①这种微胶囊吸收 CO₂ 的原理是_________(用离子方程式表示)。

②将解吸后的CO₂ 催化加氢可制取乙烯。

已知：C₂H₄(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+2H₂O(g)      △H₁ =-1323kJ• mol^-1

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)         △H₂= -483. 6kJ• mol^-1

则该过程的反应热为： 2CO₂ (g) +6H₂ (g)=C₂H₄(g) + 4 H₂O ( g)    △H₃ ＝_______。

Answer

a 50% 4 P02 逆反应 CO2++H2O=2 −127.8kJ•mol−1

【解析】

(1)lgKP越大，表明平衡向正反应方向进行的程度越大，结合温度对化学平衡的影响和三段式分析解答；

(2) 压强之比为气体物质的量之比，结合三段式和平衡常数Kp是用平衡分压(平衡分压＝总压×物质的量分数)代替平衡浓度以及等效平衡原理分析解答；

(3)①由图1的吸收过程可知，该微胶囊吸收CO2的过程就是球形微胶囊内部的Na2CO3溶液吸收CO2的过程；②根据盖斯定律分析解答。

(1)①lgKP越大，表明平衡向正反应方向进行的程度越大。图中随温度的升高，lgKP增大，说明升高温度，平衡正向移动，才表明该反应是吸热反应，属于吸热反应的是反应bc；图中随温度的升高，lgKP减小，说明升高温度，平衡逆向移动，才表明该反应是放热反应，属于放热反应的是反应a，故答案为：a；

②R 点对应温度下，lgKP=0，KP=1，

因此1.5-x=x，解得：x=0.75mol，CO的平衡转化率=×100%=50%，故答案为：50%；

(2)在T℃下，向某恒容密闭容器中加入 2mol CH4 ( g ) 和 8mol FeO ( s ) 进行反应 b: CH4 (g) + 4FeO(s)⇌4Fe(s)+ 2H2O( g) +CO2 ( g) 。反应起始时压强为 P0，达到平衡状态时 ，容器的气体压强是起始压强的 2 倍，压强之比为气体物质的量之比，说明平衡时气体的物质的量是原来的2倍，因此平衡时气体的物质的量为4mol，故答案为：4；

②

因此2-x+2x+x=4，解得：x=1mol，则

Kp===p02，故答案为：p02；

③若起始时向该容器中加入0.5mol CH4(g)，2mol FeO(s)，3mol H2O(g)，1.5mol CO2(g)，根据方程式CH4(g)+4FeO(s) ⇌4Fe(s)+2H2O(g)+CO2(g)，相当于加入4mol H2O(g)，2.5mol CO2(g)，而加入 2mol CH4 ( g ) 和 8mol FeO ( s ) 相当于加入4mol H2O(g)，2mol CO2(g)，因此相当于加入0.5mol CO2(g)，平衡向逆反应方向移动，故答案为：逆反应；

(3)①由图1的吸收过程可知，该微胶囊吸收CO2的过程就是球形微胶囊内部的Na2CO3溶液吸收CO2的过程，故原理是CO2+H2O+=2，故答案为：CO2+H2O+=2；

②由题意可知：i．C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g)△H=-1323kJ/mol，ii．2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol，盖斯定律计算ii×3-i可知：2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)△H=-127.8kJ/mol，故答案为：-127.8 kJ/mol。