Question

【題目】將甘油(C3H8O3)轉化成高附加值產品是當前熱點研究方向，如甘油和水蒸氣、氧氣經催化重整或部分催化氧化可制得氫氣，反應主要過程如下：

甘油水蒸氣重整 (SPG)	C3H8O3(1)+3H2O(g)3CO2(g)+7H2(g) △H1＝+128 kJ·mol－1	反應I
甘油部分氧化 (POG)	C3H8O3(1)+O2(g)3CO2(g)+4H2(g) △H2＝－603 kJ·mol－1	反應II
甘油氧化水蒸氣 重整(OSRG)	C3H8O3(1)+H2O(g)+O2(g)3CO2(g)+H2(g) △H3	反應III

(1)下列說法正確的是________(填字母序號)。

a. 消耗等量的甘油，反應I的產氫率最高

b. 消耗等量的甘油，反應Ⅱ的放熱最顯著

c. 經過計算得到反應Ⅲ的 △H3＝－237.5 kJ·mol－1

d. 理論上，通過調控甘油、水蒸氣、氧氣的用量比例可以實現自熱重整反應，即焓變約為0，這體現了科研工作者對吸熱反應和放熱反應的聯合應用

(2)研究人員經過反復試驗，實際生產中將反應Ⅲ設定在較高溫度(600～700℃)進行，選擇該溫度范圍的原因有：催化劑活性和選擇性高、__________。

(3)研究人員發現，反應I的副產物很多，主要含有：CH4、C2H4、CO、CO2、CH3CHO，CH3COOH等，為了顯著提高氫氣的產率，采取以下兩個措施。

①首要抑制產生甲烷的副反應。從原子利用率角度分析其原因：___________。

②用CaO吸附增強制氫。如圖1所示，請解釋加入CaO的原因：__________。

(4)制備高效的催化劑是這種制氫方法能大規模應用于工業的重要因素。通常將Ni分散在高比表面的載體(SiC、Al2O3、CeO2)上以提高催化效率。分別用三種催化劑進行實驗，持續通入原料氣，在一段時間內多次取樣，繪制甘油轉化率與時間的關系如圖2所示。

①結合圖2分析Ni／SiC催化劑具有的優點是_________。

②研究發現造成催化效率隨時間下降的主要原因是副反應產生的大量碳粉(積碳)包裹催化劑，通過加入微量的、可循環利用的氧化鑭(La2O3)可有效減少積碳。其反應機理包括兩步:

第一步為：La2O3+CO2La2O/span>2CO3

第二步為：__________(寫出化學反應方程式)。

Answer 1

【答案】abcd 升高溫度反應速率加快 在所有副產物中，CH4中H:C原子個數比最高(或H元素含量最高)，若生成CH4，相當于H的利用率最低 CaO結合CO2生成CaCO3，使CO2的濃度降低，反應I平衡正移，H2產率提高 催化效率高,穩定性高/催化劑壽命長 La2O2CO3 + C La2O3 + 2CO

【解析】

（1）抓住表中信息和蓋斯定律分析即可解答；

（2）主要從溫度對反應速率和化學平衡移動的影響的角度進行分析解答；

（3）①在所有的副產物中，CH4中氫元素的質量分數最高，抑制產生甲烷的副反應，更有利于提高氫原子的利用率，據此分析可得結論；

②根據圖1可知，加入CaO可以降低二氧化碳的濃度，促進反應正向移動，提高氫氣的產率，據此分析可得結論；

（4）①由圖2信息可知，Ni/SiC催化劑的催化效率并不隨時間的延長而降低，而另兩種催化劑均出現催化效率降低的現象，由此分析解答；

②由題給信息可知，氧化鑭在清除積炭過程中（C+CO2=2CO）起到催化劑作用，則第二步反應為積碳與La2O2CO3反應生成La2CO3和CO，由此可得結論。

（1）a. 由反應I、反應II、反應III對比可知，消耗等量的甘油，反應I的產氫率最高，故a正確；

b. 由反應I、反應II、反應III對比可知，當消耗1mol甘油時，反應Ⅱ的放熱最顯著，故b正確；

c. 由蓋斯定律可知， △H3＝△H1+△H2=（+128 kJ·mol－1）+（－603 kJ·mol－1）=－237.5 kJ·mol－1，故c正確；

d. 因反應I為吸熱反應，反應II為放熱反應，則在反應過程中通過調控甘油、水蒸氣、氧氣的用量比例可以實現自熱重整反應，即焓變約為0，故d正確；

故答案為：abcd；

（2）因反應為吸熱反應，在較高溫度下有利于反應的進行，從而提高產氫率，

故答案為：升高溫度反應速率加快；

（3）①在所有的副產物中，CH4中氫元素的質量分數最高，抑制產生甲烷的副反應，更有利于提高氫原子的利用率，

故答案為：在所有副產物中，CH4中H:C原子個數比最高(或H元素含量最高)，若生成CH4，相當于H的利用率最低；

②根據圖1可知，加入CaO可以降低二氧化碳的濃度，促進反應正向移動，提高氫氣的產率，

故答案為：CaO結合CO2生成CaCO3，使CO2的濃度降低，反應I平衡正移，H2產率提高；

（4）①由圖2信息可知，Ni/SiC催化劑具有催化效率高,穩定性高/催化劑壽命長等特點，

故答案為：催化效率高，穩定性高/催化劑壽命長；

②由題給信息可知，氧化鑭在清除積炭過程中（C+CO2=2CO）起到催化劑作用，則第二步反應為積碳與La2O2CO3反應生成La2CO3和CO，

故答案為：La2O2CO3 + C La2O3 + 2CO 。