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�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

（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= -76 kJ·mol1

C(s)+O2(g) = CO2(g) ΔH= -394 kJ·mol1

2C(s)+ O2(g) =2 CO(g) ΔH= -222 kJ·mol1

該催化重整反應(yīng)的ΔH=______kJ·mol1，有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是（填標(biāo)號(hào)）。______________

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(υ)的敘述正確的是________填標(biāo)號(hào)）。

A．K積、K消均增加

B．υ積減小，υ消增加

C．K積減小，K消增加

D．υ消增加的倍數(shù)比υ積增加的倍數(shù)大

②在一定溫度下，測(cè)得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為υ=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(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】+248 A 1/3 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 pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)

【解析】

（1）將已知反應(yīng)依次編號(hào)為①②③，根據(jù)蓋斯定律可知③-②-①即得到該催化重整反應(yīng)：CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)，則ΔH=（-222 kJ·mol1）—（-394 kJ·mol1）—（-76 kJ·mol1）=+248kJ·mol1；該反應(yīng)是一個(gè)氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度和降低壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH4平衡轉(zhuǎn)化率增大；某溫度下，在體積為2L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%，根據(jù)方程式可建立三段式：

CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)

起（mol/L）1 0.5 0 0

變（mol/L）0.25 0.25 0.5 0.5

平（mol/L）0.75 0.25 0.5 0.5

則化學(xué)平衡常數(shù)K===mol2·L2，故答案為：+248；A；；

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，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，所以催化劑X劣于Y；

A、正反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此K積、K消均增加，A正確；

B、升高溫度反應(yīng)速率均增大，B錯(cuò)誤；

C、根據(jù)A中分析可知選項(xiàng)C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，這說(shuō)明υ消增加的倍數(shù)比υ積增加的倍數(shù)大，D正確；

正確的為AD，故答案為：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；

②根據(jù)反應(yīng)速率方程式可知在p(CH4)一定時(shí)，生成速率隨p(CO2)的升高而降低，所以根據(jù)圖像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)?/span>pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)，故答案為：pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。