Question

【题目】CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题：

(1)CH4超干重整CO2的催化转化如图所示：

①关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________（填序号）。

a．实现了含碳物质与含氢物质的分离

b．可表示为CO2＋H2＝H2O(g)＋CO

c．CO未参与反应

d．Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH

②其他条件不变，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，反应CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)进行相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点所代表的状态_________（填“是”或“不是”）平衡状态；b点CH4的转化率高于c点，原因是_________________________________________。

(2)在一刚性密闭容器中，加入Ni/α－Al2O3催化剂并加热至1123K，使CH4和CO2发生反应CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)，初始时CH4和CO2的分压分别为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，某时刻测得p(CO)＝20kPa，则p(CO2)＝________kPa，υ(CO)＝________mol·g-1·s-1。

Answer 1

【答案】cd 不是 b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高 15 1.95

【解析】

(1)①a．过程Ⅱ中，CO、CO2都转化为CO，H2转化为H2O；实现了含碳物质与含氢物质的分离；

b．从起始反应物和产物分析可得，CO2与H2反应生成H2O(g)和CO；

c．从反应过程看，CO先转化为CaCO3，后CaCO3再转化为CO；

d．Fe3O4、CaO起初参加反应，后来又生成，所以为催化剂，催化剂不改变反应物和生成物的总能量。

②催化剂不能改变反应物的平衡转化率，但可改变平衡前的转化率，通过不同催化剂作用下的转化率比较，可判断a、b、c三点的CH4的转化率都小于同温度下的最高转化率，由此可确定反应仍正向进行。

(2)利用阿伏加德罗定律的推论，气体的压强之比等于物质的量之比，所以利用某时刻某物质的压强，可计算出该时刻另一物质的压强，由此可计算出反应速率。

(1)①a．过程Ⅱ中，CO、CO2都转化为CO，H2转化为H2O；实现了含碳物质与含氢物质的分离，a正确；

b．从起始反应物和产物分析可得，CO2与H2反应生成H2O(g)和CO，b正确；

c．从反应过程看，CO先转化为CaCO3，后CaCO3再转化为CO，c不正确；

d．Fe3O4、CaO起初参加反应，后来又生成，所以为催化剂，催化剂不改变反应物和生成物的总能量，所以不能降低反应的ΔH，d不正确；

故选cd。答案为：cd；

②相同温度下，尽管所使用的催化剂不同，但达平衡时CH4的转化率应相同，从图中可以看出，a点CH4的转化率比同温度下的催化剂Ⅰ作用下的转化率低，则表明a点所代表的状态不是平衡状态；从图中可以看出，虽然b点CH4的转化率高，但仍低于同温度下的最高转化率，说明反应仍未达到平衡，b点CH4的转化率高于c点，只能是反应速率快所致，故原因是b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高。答案为：不是；b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高；

(2)利用题给数据，我们可建立如下三段式：

从而得出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。答案为：15；1.95。