题目内容
【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）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）。
（2）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___。
【答案】不变 Fe3O4+H2 
3FeO+H2O < AD 温度过高，CO2的转化率低，温度过低，反应速率比较慢
【解析】
（1）①化学平衡常数K只随温度的改变而改变；
②根据图象分析，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转化为了H2O，发生的反应为Fe3O4和H2反应生成FeO和H2O，据此写出反应的化学方程式；
（2）①根据图表数据分析，随着反应温度的上升，平衡时CO2的体积分数上升，CO的体积分数下降，表明化学平衡向逆反应方向移动，据此判断反应的焓变情况；
②反应为CO2（g）+3FeO（s）Fe3O4（s）+CO （g），是气体数不变的反应，压强变化不对平衡常产生影响，结合焓变情况分析温度变化的影响，据此判断反应达到平衡的标志；
③根据化学反应原理，CO2还原器温度设置在170℃的原因，可考虑化学反应速率和化学反应趋势。
（1）①化学平衡常数K只随温度的改变而改变，所以随着压强的增大，反应ⅰ的平衡常数K值不变，故答案为：不变；
②根据图象分析，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转化为了H2O，发生的反应为Fe3O4和H2反应生成FeO和H2O，则发生反应的化学方程式为：Fe3O4+H2 3FeO+H2O，故答案为：Fe3O4+H2 3FeO+H2O；
（2）①根据图表数据分析，随着反应温度的上升，平衡时CO2的体积分数上升，CO的体积分数下降，表明化学平衡向逆反应方向移动，所以升高温度，化学反应向逆反应方向移动，表明正反应方向为放热反应，所以反应的焓变△H<0，故答案为：<；
②反应为CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+CO (g)，是气体数不变的反应，压强变化不对平衡常产生影响，该反应的焓变△H<0，反应为放热反应；
A. CO2的物质的量不变，达到化学平衡时，该反应的CO2的物质的量不发生改变，可以判断化学反应是否达到平衡，故A正确；
B. 体系的压强整个反应过程不发生改变，根据压强不能判断反应是否达到化学平衡，故B错误；
C. 100-170℃，升高温度，转化率100%，量没有发生变化，但没有达到平衡状态，故C错误；
D. CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零，可以判断化学反应是否达到平衡，故D正确。故答案为：AD；
③根据化学反应原理，CO2还原器温度设置在170℃的原因，可考虑化学反应速率和化学反应趋势，温度过高，反应向逆反应方向移动,导致CO2的转化率低，温度过低，反应速率比较慢，故答案为：温度过高，CO2的转化率低，温度过低，反应速率比较慢。
