Question

【題目】CH4—CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2)，還對溫室氣體的減排具有重要意義�；卮鹣铝袉栴}：

（1）CH4—CO2催化重整反應(yīng)為CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。

已知：C(s)+2H2(g)=CH4(g)ΔH=－75kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=－394kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO(g)ΔH=－111kJ·mol-1

該催化重整反應(yīng)的ΔH=__kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是___(填標(biāo)號)。

A．高溫低壓 B．低溫高壓 C．高溫高壓 D．低溫低壓

某溫度下，在體積為2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為___mol2·L-2。

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

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，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__(填標(biāo)號)。

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)大

②在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時，不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為___。

Answer 1

【答案】247 A 劣于 相對于催化劑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)活化能相對小，消碳反應(yīng)速率大 AD pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)

【解析】

（1）將題給三個反應(yīng)依次編號為①、②、③：

C(s)＋2H2(g)=CH4(g)ΔH＝－75kJ·mol－1①

C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－394kJ·mol－1②

C(s)＋O2(g)=CO(g)ΔH＝－111kJ·mol－1③

根據(jù)蓋斯定律，由③×2－①－②可得

CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝247kJ·mol－1；根據(jù)平衡移動的影響因素，該反應(yīng)的正反應(yīng)是一個吸熱、氣體體積增大的反應(yīng)，所以高溫低壓有利于反應(yīng)正向移動；該反應(yīng)三段式為：

；

（2）①積碳反應(yīng)中，由于催化劑X的活化能比催化劑Y的活化能要小，所以催化劑X更有利于積碳反應(yīng)的進(jìn)行；而消碳反應(yīng)中，催化劑X的活化能大于催化劑Y，所以催化劑Y更有利于消碳反應(yīng)的進(jìn)行，綜合分析，催化劑X劣于催化劑Y；由表格可知積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，K積、K消均增加，反應(yīng)速率均增大，從圖像上可知，隨著溫度的升高，催化劑表面的積碳量是減小的，所以v消增加的倍數(shù)要比v積增加的倍數(shù)大；

②由速率方程表達(dá)式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v與p(CO2)成反比例關(guān)系，p(CO2)越大，反應(yīng)速率越小，所以pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。