题目

化学链燃烧 ( ) 是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术，与传统燃烧方式相比，避免了空气和燃料的直接接触，有利于高效捕集 。基于 载氧体的甲烷化学链燃烧技术示意图如下。 空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别为： ① ② （ 1 ） 反应 _______ 。 （ 2 ） 反应 ②的平衡常数表达式 _______ 。 （ 3 ） 氧的质量分数：载氧体 Ⅰ _______ ( 填 “>”“=” 或 “<”) 载氧体 Ⅱ 。 （ 4 ） 往盛有 载氧体的刚性密闭容器中充入空气（氧气的物的量分数 为 21% ），发生反应 ①。平衡时 随反应温度 T 变化的曲线如图所示。 时 的平衡转化率 _______ ( 保留 2 位有效数字 ) 。 （ 5 ） 根据下图， 随温度升高而增大的原因是 _______ 。反应温度必须控制在 以下，原因是 _______ 。 （ 6 ） 载氧体掺杂改性，可加快化学链燃烧速率。使用不同掺杂的 载氧体，反应 ②活化能如下表所示。 载氧体掺杂物质 氧化铝 膨润土 活化能 / 由表中数据判断：使用 _______ ( 填 “ 氧化铝 ” 或 “ 膨润土 ”) 掺杂的载氧体反应较快；使用氧化铝或者膨润土掺杂的载氧体，单位时间内燃料反应器释放的热量分别为 、 ，则 a _______ b( 填 “>”“=” 或 “<”) 。 答案： （ 1 ） （ 2 ） ( 或 ) （ 3 ） > （ 4 ） 58% （ 5 ） 反应 ①为放热反应，温度升高平衡左移 温度高于 时， 大于 21% ，载氧体无法载氧 （ 6 ） 膨润土 < 【解析】 （ 1 ） ① ； ② ，用 ① 2+ ② （ 1 ）得：反应 = ，故答案： 。 （ 2 ） 由 ② 可知，故体没有浓度，所以该反应的平衡常数表达式 ( 或 ) ，故答案： ( 或 ) 。 （ 3 ） 由图可知：载氧体 I 是把空气中的氧气转移到燃料反应器，载氧体 II 是氧气和甲烷发生反应释放出水和二氧化碳，所以氧的质量分数：载氧体 I> 载氧体 II ，故答案： > 。 （ 4 ） 设往盛有 载氧体的刚性密闭容器中充入空气的物质的量为 1mol, 氧气的物的量分数 为 21% ，则氧气的物质的量为 0.21mol ，氮气的物质的量为 0.78mol ，由图可知，达到平衡时氧气的物的量分数 为 10% ，则达到平衡时气体的物质的量为 0.78mol+0.1mol=0.88mol ，变化的氧气的物质的量为 1mol-0.88mol ，根据 ① 反应， 时 的平衡转化率 =58% ，故答案： 58% 。 （ 5 ） 因为 ① 为放热反应，随温度升高平衡逆向移动，氧气的浓度正大。因为往盛有 载氧体的刚性密闭容器中充入空气【氧气的物的量分数 为 21%】 ，由图可知，当温度高于 时， 大于 21% ，载氧体无法载氧。故答案：反应 ①为放热反应，温度升高平衡左移；温度高于 时， 大于 21% ，载氧体无法载氧。 （ 6 ） 由表中数据可知：使用氧化铝掺杂的载氧体反应的活化能比使用膨润土掺杂的载氧体反应的活化能高，所以使用膨润土掺杂的载氧体反应较快。 使用氧化铝比使用者膨润土掺杂的载氧体反应较慢，单位时间内燃料反应器释放的热量少，所以 < ，故答案：膨润土； < 。

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