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，加入Ni/α－Al2O3催化劑并加熱至1123K，使CH4和CO2發(fā)生反應(yīng)CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)，初始時(shí)CH4和CO2的分壓分別為20kPa、25kPa，研究表明CO的生成速率υ(CO)＝1.3×10-2·p(CH4)·p(CO2)mol·g-1·s-1，某時(shí)刻測(cè)得p(CO)＝20kPa，則p(CO2)＝________kPa，υ(CO)＝________mol·g-1·s-1。

Answer 1

【答案】cd 不是 b和c都未達(dá)平衡，b點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高 15 1.95

【解析】

(1)①a．過(guò)程Ⅱ中，CO、CO2都轉(zhuǎn)化為CO，H2轉(zhuǎn)化為H2O；實(shí)現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離；

b．從起始反應(yīng)物和產(chǎn)物分析可得，CO2與H2反應(yīng)生成H2O(g)和CO；

c．從反應(yīng)過(guò)程看，CO先轉(zhuǎn)化為CaCO3，后CaCO3再轉(zhuǎn)化為CO；

d．Fe3O4、CaO起初參加反應(yīng)，后來(lái)又生成，所以為催化劑，催化劑不改變反應(yīng)物和生成物的總能量。

②催化劑不能改變反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，但可改變平衡前的轉(zhuǎn)化率，通過(guò)不同催化劑作用下的轉(zhuǎn)化率比較，可判斷a、b、c三點(diǎn)的CH4的轉(zhuǎn)化率都小于同溫度下的最高轉(zhuǎn)化率，由此可確定反應(yīng)仍正向進(jìn)行。

(2)利用阿伏加德羅定律的推論，氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，所以利用某時(shí)刻某物質(zhì)的壓強(qiáng)，可計(jì)算出該時(shí)刻另一物質(zhì)的壓強(qiáng)，由此可計(jì)算出反應(yīng)速率。

(1)①a．過(guò)程Ⅱ中，CO、CO2都轉(zhuǎn)化為CO，H2轉(zhuǎn)化為H2O；實(shí)現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離，a正確；

b．從起始反應(yīng)物和產(chǎn)物分析可得，CO2與H2反應(yīng)生成H2O(g)和CO，b正確；

c．從反應(yīng)過(guò)程看，CO先轉(zhuǎn)化為CaCO3，后CaCO3再轉(zhuǎn)化為CO，c不正確；

d．Fe3O4、CaO起初參加反應(yīng)，后來(lái)又生成，所以為催化劑，催化劑不改變反應(yīng)物和生成物的總能量，所以不能降低反應(yīng)的ΔH，d不正確；

故選cd。答案為：cd；

②相同溫度下，盡管所使用的催化劑不同，但達(dá)平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率應(yīng)相同，從圖中可以看出，a點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率比同溫度下的催化劑Ⅰ作用下的轉(zhuǎn)化率低，則表明a點(diǎn)所代表的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)；從圖中可以看出，雖然b點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率高，但仍低于同溫度下的最高轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)仍未達(dá)到平衡，b點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率高于c點(diǎn)，只能是反應(yīng)速率快所致，故原因是b和c都未達(dá)平衡，b點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高。答案為：不是；b和c都未達(dá)平衡，b點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高；

(2)利用題給數(shù)據(jù)，我們可建立如下三段式：

從而得出p(CO2)＝15kPa，υ(CO)＝1.3×10-2·p(CH4)·p(CO2)mol·g-1·s-1=1.3×10-2×10×15 mol·g-1·s-1=1.95 mol·g-1·s-1。答案為：15；1.95。