题目内容
【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,CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa,加入Ni/α-Al2O3催化剂并加热至1 123 K使其发生反应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,某时刻测得p(CO)=20 kPa,则p(CO2)=________kPa,v(CO)=________mol·g-1·s-1。
②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍,则该反应的平衡常数的计算式为Kp=________(kPa)2。(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)
【答案】c、d 不是 b、c均未达到平衡,b点温度高,反应速率快,消耗CH4量多,故转化率高 15 1.95
【解析】
(1)根据图示的反应历程分析反应中各物质的作用及总反应方程式;根据催化剂、温度对平衡移动的影响分析解答;(2)运用“三段式”法,结合题给信息中速率与压强间的关系进行相关计算;(3)根据平衡常数表达式,用平衡时反应物的压强计算平衡常数。
(1)①a.上述分析可知,两步反应实现了含碳物质与含氢物质的分离,故a正确;
b.反应过程中有催化剂和中间产物,总反应可表示为CO2+H2=H2O(g)+CO,故b正确;
c.CO最后剩余是一氧化碳参与反应过程最后又生成,故c错误;
d.Fe3O4、CaO为催化剂,改变反应速率不能改变反应的△H,故d错误;故答案为:cd;
②因为催化剂只改变反应速率不改变平衡移动,所以最终不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下达平衡时CH4的转化率相同,故a点所代表的状态不是平衡状态,此时反应一直向正反应方向移动,b和c都没平衡,c点温度高,反应速率快,相同时间内转化率高,所以c点CH4的转化率高于b点,故答案为:不是;b和c都没平衡,c点温度高,反应速率快,相同时间内转化率高;
(2)①在一刚性密闭容器中,CH4和CO2的分压分别为20kPa、25kPa,加入Ni/α-A12O3催化剂并加热至1123K使其发生反应:某时刻测得p(CO)=20kPa,
则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,故答案为:15;1.95;
②CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g),达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍,设达到平衡状态消耗甲烷分压x:
则20-x+25-x+2x+2x=(20+25)×1.8,x=18,反应的平衡常数的计算式为 ,故答案为:。