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

該催化重整反應的ΔH=______kJ·mol1，有利于提高CH4平衡轉化率的條件是（填標號）。______________

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以及催化劑進行重整反應，達到平衡時CO2的轉化率是50%，其平衡常數為___mol2·L2。

（2）反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。相關數據如下表：

		積碳反應： CH4(g) C(s)+2H2(g)	消碳反應： 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“優于”或“劣于”），理由是：____________。

在反應進料氣組成、壓強及反應時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的 變化關系如圖所示。升高溫度時，下列關于積碳反應、消碳反應的平衡常數(K)和速率(υ)的敘述正確的是________填標號）。

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消增加的倍數比υ積增加的倍數大

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υ=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k為速率常數)。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】+248 A 1/3 劣于 相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小，而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大 AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)

【解析】

（1）將已知反應依次編號為①②③，根據蓋斯定律可知③-②-①即得到該催化重整反應：CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)，則ΔH=（-222 kJ·mol1）—（-394 kJ·mol1）—（-76 kJ·mol1）=+248kJ·mol1；該反應是一個氣體體積增大的吸熱反應，升高溫度和降低壓強，平衡向正反應方向移動，CH4平衡轉化率增大；某溫度下，在體積為2L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進行重整反應，達到平衡時CO2的轉化率是50%，根據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

則化學平衡常數K===mol2·L2，故答案為：+248；A；；

（2）①根據表中數據可知，相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小，而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大，所以催化劑X劣于Y；

A、正反應均是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向進行，因此K積、K消均增加，A正確；

B、升高溫度反應速率均增大，B錯誤；

C、根據A中分析可知選項C錯誤；

D、積碳量達到最大值以后再升高溫度積碳量降低，這說明υ消增加的倍數比υ積增加的倍數大，D正確；

正確的為AD，故答案為：劣于；相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小，而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大；AD；

②根據反應速率方程式可知在p(CH4)一定時，生成速率隨p(CO2)的升高而降低，所以根據圖像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)，故答案為：pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。