Question

【題目】CH4超干重整CO2技術可得到富含CO的化工原料。回答下列問題：

(1)CH4超干重整CO2的催化轉化如圖所示：

①關于上述過程Ⅱ的說法不正確的是________（填序號）。

a．實現了含碳物質與含氫物質的分離

b．可表示為CO2＋H2＝H2O(g)＋CO

c．CO未參與反應

d．Fe3O4、CaO為催化劑，降低了反應的ΔH

②其他條件不變，在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，反應CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)進行相同時間后，CH4的轉化率隨反應溫度的變化如圖所示。a點所代表的狀態_________（填“是”或“不是”）平衡狀態；b點CH4的轉化率高于c點，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發生反應CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)，初始時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，某時刻測得p(CO)＝20kPa，則p(CO2)＝________kPa，υ(CO)＝________mol·g-1·s-1。

Answer 1

【答案】cd 不是 b和c都未達平衡，b點溫度高，反應速率快，相同時間內轉化率高 15 1.95

【解析】

(1)①a．過程Ⅱ中，CO、CO2都轉化為CO，H2轉化為H2O；實現了含碳物質與含氫物質的分離；

b．從起始反應物和產物分析可得，CO2與H2反應生成H2O(g)和CO；

c．從反應過程看，CO先轉化為CaCO3，后CaCO3再轉化為CO；

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

②催化劑不能改變反應物的平衡轉化率，但可改變平衡前的轉化率，通過不同催化劑作用下的轉化率比較，可判斷a、b、c三點的CH4的轉化率都小于同溫度下的最高轉化率，由此可確定反應仍正向進行。

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

(1)①a．過程Ⅱ中，CO、CO2都轉化為CO，H2轉化為H2O；實現了含碳物質與含氫物質的分離，a正確；

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

c．從反應過程看，CO先轉化為CaCO3，后CaCO3再轉化為CO，c不正確；

d．Fe3O4、CaO起初參加反應，后來又生成，所以為催化劑，催化劑不改變反應物和生成物的總能量，所以不能降低反應的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，但達平衡時CH4的轉化率應相同，從圖中可以看出，a點CH4的轉化率比同溫度下的催化劑Ⅰ作用下的轉化率低，則表明a點所代表的狀態不是平衡狀態；從圖中可以看出，雖然b點CH4的轉化率高，但仍低于同溫度下的最高轉化率，說明反應仍未達到平衡，b點CH4的轉化率高于c點，只能是反應速率快所致，故原因是b和c都未達平衡，b點溫度高，反應速率快，相同時間內轉化率高。答案為：不是；b和c都未達平衡，b點溫度高，反應速率快，相同時間內轉化率高；

(2)利用題給數據，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。