Question

【題目】CH4超干重整CO2技術(shù)可得到富含CO的化工原料�；卮鹣铝袉�(wèn)題

(1)CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化如圖所示：

①關(guān)于上述過(guò)程Ⅱ的說(shuō)法不正確的是________(填序號(hào))。

a.實(shí)現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離

b.可表示為CO2＋H2===H2O(g)＋CO

c.CO未參與反應(yīng)

d.Fe3O4、CaO為催化劑，降低了反應(yīng)的ΔH

②其他條件不變，在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反應(yīng)CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)進(jìn)行相同時(shí)間后，CH4的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖所示。a點(diǎn)所代表的狀態(tài)________(填“是”或“不是”)平衡狀態(tài)；b點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率高于c點(diǎn)，原因是____________________________________________________________。

(2)在一剛性密閉容器中，CH4和CO2的分壓分別為20 kPa、25 kPa，加入Ni/α－Al2O3催化劑并加熱至1 123 K使其發(fā)生反應(yīng)CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)。

①研究表明CO的生成速率v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1，某時(shí)刻測(cè)得p(CO)＝20 kPa，則p(CO2)＝________kPa，v(CO)＝________mol·g－1·s－1。

②達(dá)到平衡后測(cè)得體系壓強(qiáng)是起始時(shí)的1.8倍，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的計(jì)算式為Kp＝________(kPa)2。(用各物質(zhì)的分壓代替物質(zhì)的量濃度計(jì)算)

Answer 1

【答案】c、d 不是 b、c均未達(dá)到平衡，b點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，消耗CH4量多，故轉(zhuǎn)化率高 15 1.95

【解析】

（1）根據(jù)圖示的反應(yīng)歷程分析反應(yīng)中各物質(zhì)的作用及總反應(yīng)方程式；根據(jù)催化劑、溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響分析解答；（2）運(yùn)用“三段式”法，結(jié)合題給信息中速率與壓強(qiáng)間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；（3）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式，用平衡時(shí)反應(yīng)物的壓強(qiáng)計(jì)算平衡常數(shù)。

（1）①a.上述分析可知，兩步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離，故a正確；

b.反應(yīng)過(guò)程中有催化劑和中間產(chǎn)物，總反應(yīng)可表示為CO2+H2=H2O(g)+CO，故b正確；

c.CO最后剩余是一氧化碳參與反應(yīng)過(guò)程最后又生成，故c錯(cuò)誤；

d.Fe3O4、CaO為催化劑，改變反應(yīng)速率不能改變反應(yīng)的△H，故d錯(cuò)誤；故答案為：cd；

②因?yàn)榇呋瘎┲桓淖兎磻?yīng)速率不改變平衡移動(dòng)，所以最終不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達(dá)平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率相同，故a點(diǎn)所代表的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，此時(shí)反應(yīng)一直向正反應(yīng)方向移動(dòng)，b和c都沒(méi)平衡，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高，所以c點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn)，故答案為：不是；b和c都沒(méi)平衡，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高；

（2）①在一剛性密閉容器中，CH4和CO2的分壓分別為20kPa、25kPa，加入Ni/α-A12O3催化劑并加熱至1123K使其發(fā)生反應(yīng)：某時(shí)刻測(cè)得p（CO）=20kPa，

則p（CO2）=15kPa， v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1=1.3×10-2×10×15=1.95molg-1s-1，故答案為：15；1.95；

②CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)，達(dá)到平衡后測(cè)得體系壓強(qiáng)是起始時(shí)的1.8倍，設(shè)達(dá)到平衡狀態(tài)消耗甲烷分壓x：

則20-x+25-x+2x+2x=（20+25）×1.8，x=18，反應(yīng)的平衡常數(shù)的計(jì)算式為 ，故答案為：。