Question

【題目】2017年5月，中國對“可燃冰”試采成功。“可燃冰”是天然氣水合物，被稱為未來新能源。回答下列問題：

(1)用Cu2Al2O4作催化劑制備乙酸

已知：，各物質相對能量大小如圖。

①a=____。

②反應物的活化分子濃度大小：過程I___ 過程Ⅱ（填“大于”、“小于”或“等于”）。

(2)甲烷超干催化重整(DRM)制備CO，在Ni、CaO及Fe3O4的共同催化作用下，可以獲得極高濃度的CO，其機理如下：

第①步：Ni基催化

第②步：Fe的還原

第③步：CO2的捕獲

第④步：CO2的釋放與還原

設計第②步與第③步反應有利于實現氫物種與____的徹底分離，從勒夏特列原理的角度看，這也有利于____；過程①中，當投料比= ___時，才能保持催化劑組成不變。

(3)甲烷催化重整與壓強的關系

已知：，現有溫度相同的I、Ⅱ、Ⅲ三個恒壓密閉容器，均已充入1 mol CH4(g)和1 mol CO2 (g)，三個容器的反應壓強分別為P1 atm、P2 atm、P3 atm，在其他條件相同的情況下，反應均進行到t min時，CO2)的平衡體積分數φ(CO2)如下左圖，此時I、Ⅱ、Ⅲ三個容器中一定處于化學平衡狀態的是 ___（填番號）；求該溫度條件下反應的平衡常數Kp=___ （計算表達式）。【已知：Kp是用分壓力代替各物質的濃度計算的平衡常數，任一組分B的分壓p(B)等于總壓p乘以它的體積分數y(B)】

(4)甲烷用于燃料電池

已知：甲烷電池的工作原理如上有圖，則負極反應方程式為 ___；當A極消耗標況下44.8 LCH4時，理論上B極轉移電子的物質的量為 ___mol。

Answer 1

【答案】 E2－E1 小于 碳物種 第①步平衡正向移動或提高甲烷的轉化率 1/3 Ⅲ CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O 16

【解析】(1)①反應熱只與開始和末狀態之間的能量差有關：a=E2－E1；②過程Ⅱ加催化劑，活化能低，活化分子數增多，反應物的活化分子濃度大小：過程I< 過程Ⅱ；（2）設計第②步與第③步反應有利于實現氫物種與碳物種的徹底分離，從勒夏特列原理的角度看，這也有利于第①步平衡正向移動或提高甲烷的轉化率；根據第②步，氫氣還原的鐵要在第④由CO2氧化成四氧化三鐵，由①每2mol甲烷和2mol二氧化碳組合產生4mol氫氣，4mol氫氣在第②步中產生的3mol鐵在第④步中需4mol二氧化碳將其氧化，故過程①中，當投料比 = =1/3時，才能保持催化劑組成不變。（3）由于不能確定容器II中二氧化碳的體積分數是否達到最小值，因此不能確定II是否達到平衡狀態，若未達平衡，壓強越高反應逆向移動，相同時間內二氧化碳的含量越高，p3時，二氧化碳的含量Ⅲ比Ⅱ高，故Ⅲ到達平衡；由圖二氧化碳的分壓為0.25P3Ⅲ溫度條件下反應的平衡常數Kp=（計算表達式）；(4)甲烷電池的工作原理，甲烷在負極失去電子，則負極反應方程式為CH4＋4CO32－－8e－=5CO2＋2H2O，每molCH4轉移8mol電子，當A極消耗標況下44.8 LCH4時，即2molCH4理論上B極轉移電子的物質的量為 16mol。