题目内容

【题目】CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(COH2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:

1CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+ CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) H=+247kJ/mol

①有利于提高CH4平衡转化率的条件是____

A 高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压

②某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH41 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为_______mol2·L2

2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:

积碳反应CH4(g)= C(s)+2H2(g)

消碳反应CO2(g)+ C(s)= 2CO(g)

ΔH/(kJ·mol1)

75

172

活化能/(kJ·mol1)

催化剂X

33

91

催化剂Y

43

72

①由上表判断,催化剂X____Y(填优于劣于),理由是_________________。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________

AKK均增加

Bv减小,v增加

CK减小,K增加

Dv增加的倍数比v增加的倍数

②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方v=k·p(CH4 k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)pb(CO2)pc(CO2)从大到小的顺序为________________

【答案】A 劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD

【解析】

(1)根据盖斯定律计算;根据反应特点结合温度和压强对平衡状态的影响解答;根据转化率利用三段式计算平衡常数;

(2)①根据活化能对反应的影响分析;根据反应热结合温度对平衡状态的影响以及图像曲线变化趋势解答;

②根据反应速率方程式分析影响其因素结合图像解答。

(1)①该反应的正反应是反应前后气体体积增大的吸热反应,要使甲烷的转化率增大,可以通过减小压强、升高温度实现,故答案为A

其平衡常数==

(2)①消碳反应所需活化能越低,消碳反应越容易进行,催化剂活性越好,根据表中数据知,催化剂X较催化剂Y,积碳反应时,活化能低,反应速率快,消碳反应时,活化能高,反应速率慢,综合考虑,催化剂X较催化剂Y更利于积碳反应,不利于消碳反应,会降低催化剂活性;

A.积碳反应和消碳反应的正反应都是吸热反应,升高温度平衡正向移动,则KK均增加,故正确;

B.升高温度化学反应速率都增大,V增加、V增加,故错误;

C.积碳反应和消碳反应的正反应都是吸热反应,升高温度平衡正向移动,则KK均增加,故错误;

D.积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低,V增加的倍数比V增加的倍数大,故正确;

故答案为AD

②在一定温度下,相同时间内,沉积的碳越多,则沉积碳生成速率越快,根据v=kp(CH4)[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)知,p(CH4)一定时,沉积碳生成速率与二氧化碳压强成反比,根据图知,积碳量abc,则pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)

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