Question

【題目】CH4超干重整CO2技術(shù)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(zhuǎn)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(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)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(zhuǎn)化率隨反應溫度的變化如圖所示。a點所代表的狀態(tài)________(填“是”或“不是”)平衡狀態(tài)；b點CH4的轉(zhuǎn)化率高于c點，原因是____________________________________________________________。

(2)在一剛性密閉容器中，CH4和CO2的分壓分別為20 kPa、25 kPa，加入Ni/α－Al2O3催化劑并加熱至1 123 K使其發(fā)生反應CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)。

①研究表明CO的生成速率v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1，某時刻測得p(CO)＝20 kPa，則p(CO2)＝________kPa，v(CO)＝________mol·g－1·s－1。

②達到平衡后測得體系壓強是起始時的1.8倍，則該反應的平衡常數(shù)的計算式為Kp＝________(kPa)2。(用各物質(zhì)的分壓代替物質(zhì)的量濃度計算)

Answer 1

【答案】c、d 不是 b、c均未達到平衡，b點溫度高，反應速率快，消耗CH4量多，故轉(zhuǎn)化率高 15 1.95

【解析】

（1）根據(jù)圖示的反應歷程分析反應中各物質(zhì)的作用及總反應方程式；根據(jù)催化劑、溫度對平衡移動的影響分析解答；（2）運用“三段式”法，結(jié)合題給信息中速率與壓強間的關系進行相關計算；（3）根據(jù)平衡常數(shù)表達式，用平衡時反應物的壓強計算平衡常數(shù)。

（1）①a.上述分析可知，兩步反應實現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離，故a正確；

b.反應過程中有催化劑和中間產(chǎn)物，總反應可表示為CO2+H2=H2O(g)+CO，故b正確；

c.CO最后剩余是一氧化碳參與反應過程最后又生成，故c錯誤；

d.Fe3O4、CaO為催化劑，改變反應速率不能改變反應的△H，故d錯誤；故答案為：cd；

②因為催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，所以最終不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率相同，故a點所代表的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，此時反應一直向正反應方向移動，b和c都沒平衡，c點溫度高，反應速率快，相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高，所以c點CH4的轉(zhuǎn)化率高于b點，故答案為：不是；b和c都沒平衡，c點溫度高，反應速率快，相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高；

（2）①在一剛性密閉容器中，CH4和CO2的分壓分別為20kPa、25kPa，加入Ni/α-A12O3催化劑并加熱至1123K使其發(fā)生反應：某時刻測得p（CO）=20kPa，

則p（CO2）=15kPa， v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1=1.3×10-2×10×15=1.95molg-1s-1，故答案為：15；1.95；

②CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)，達到平衡后測得體系壓強是起始時的1.8倍，設達到平衡狀態(tài)消耗甲烷分壓x：

則20-x+25-x+2x+2x=（20+25）×1.8，x=18，反應的平衡常數(shù)的計算式為 ，故答案為：。