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。回答下列問題：

（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=-75 kJ·mol1

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol1

C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 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）。

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：

		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�。欢�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】分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算；根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)結(jié)合溫度和壓強(qiáng)對平衡狀態(tài)的影響解答；根據(jù)轉(zhuǎn)化率利用三段式計算平衡常數(shù)；

（2）①根據(jù)活化能對反應(yīng)的影響分析；根據(jù)反應(yīng)熱結(jié)合溫度對平衡狀態(tài)的影響以及圖像曲線變化趨勢解答；

②根據(jù)反應(yīng)速率方程式分析影響其因素結(jié)合圖像解答。

詳解：（1）已知：

①C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol1

②C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol1

③C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJ·mol1

根據(jù)蓋斯定律可知③×2－②－①即得到該催化重整反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的ΔH=＋247 kJ·mol1。正反應(yīng)是體積增大的吸熱反應(yīng)，所以有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是高溫低壓，答案選A；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CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，根據(jù)方程式可知

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

起始濃度（mol/L） 1 0.5 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.25 0.25 0.5 0.5

平衡濃度（mol/L） 0.75 0.25 0.5 0.5

所以其平衡常數(shù)為mol2·L2。

（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率��；而消碳反應(yīng)活化能相對小，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錯誤；C．根據(jù)A中分析可知選項C錯誤；D．積碳量達(dá)到最大值以后再升高溫度積碳量降低，這說明v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大，D正確。答案選AD。

②根據(jù)反應(yīng)速率方程式可知在p(CH4)一定時，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)從大到小的順序為pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。