Question

【題目】CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義。回答下列問題：

（1）CH4-CO2催化重整反應(yīng)為：CH4(g)+ CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol；

①有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是____

A． 高溫低壓 B．低溫高壓 C．高溫高壓 D．低溫低壓

②某溫度下，在體積為2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為_______mol2·L2。

（2）反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

		積碳反應(yīng)CH4(g)= C(s)+2H2(g)	消碳反應(yīng)CO2(g)+ C(s)= 2CO(g)
ΔH/(kJ·mol1)		75	172
活化能/(kJ·mol1)	催化劑X	33	91
	催化劑Y	43	72

①由上表判斷，催化劑X____Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是_________________。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。升高溫度時(shí)，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）和速率（v）的敘述正確的是________

A．K積、K消均增加

B．v積減小，v消增加

C．K積減小，K消增加

D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)‘

②在一定溫度下，測(cè)得某催化劑上沉積碳的生成速率方v=k·p(CH4)· （k為速率常數(shù)）。在p(CH4)一定時(shí)，不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)?/span>________________。

Answer 1

【答案】A 劣于 相對(duì)于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率小；而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)速率大 AD 、、

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)結(jié)合溫度和壓強(qiáng)對(duì)平衡狀態(tài)的影響解答；根據(jù)轉(zhuǎn)化率利用三段式計(jì)算平衡常數(shù)；

(2)①根據(jù)活化能對(duì)反應(yīng)的影響分析；根據(jù)反應(yīng)熱結(jié)合溫度對(duì)平衡狀態(tài)的影響以及圖像曲線變化趨勢(shì)解答；

②根據(jù)反應(yīng)速率方程式分析影響其因素結(jié)合圖像解答。

(1)①該反應(yīng)的正反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，要使甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，可以通過減小壓強(qiáng)、升高溫度實(shí)現(xiàn)，故答案為A；

②

其平衡常數(shù)==；

(2)①消碳反應(yīng)所需活化能越低，消碳反應(yīng)越容易進(jìn)行，催化劑活性越好，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，催化劑X較催化劑Y，積碳反應(yīng)時(shí)，活化能低，反應(yīng)速率快，消碳反應(yīng)時(shí)，活化能高，反應(yīng)速率慢，綜合考慮，催化劑X較催化劑Y更利于積碳反應(yīng)，不利于消碳反應(yīng)，會(huì)降低催化劑活性；

A．積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)的正反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，則K積、K消均增加，故正確；

B．升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率都增大，V積增加、V消增加，故錯(cuò)誤；

C．積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)的正反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，則K積、K消均增加，故錯(cuò)誤；

D．積碳量達(dá)到最大值以后再升高溫度積碳量降低，V消增加的倍數(shù)比V積增加的倍數(shù)大，故正確；

故答案為AD；

②在一定溫度下，相同時(shí)間內(nèi)，沉積的碳越多，則沉積碳生成速率越快，根據(jù)v=kp(CH4)[p(CO2)]-0.5(k為速率常數(shù))知，p(CH4)一定時(shí)，沉積碳生成速率與二氧化碳?jí)簭?qiáng)成反比，根據(jù)圖知，積碳量a＞b＞c，則pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。