Question

【题目】CH4—CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。

（1）在标准状态下，由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的反应热称为该化合物的标准摩尔生成焓。各物质的标准摩尔生成焓如表：

则制备合成气的反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2（g）在标准状态下的反应热ΔH=___kJ/mol。

（2）在刚性容器中，当投料比=1.0时，CO2的平衡转化率（α）与温度（T）、初始压强（p）的关系如图所示。

①由图可知：压强P1___2MPa（填“＞”、“＜”或“=”），理由是___。

②当温度为T3、压强为p1时，a点的v正___v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。

③若起始时提高投料比，则CO2的平衡转化率将___（填“升高”或“降低”）。

④起始时向容器中加入1molCH4和1molCO2，在温度为T6。、初始压强为2MPa时反应，该反应的Kp=___(MPa)2。

（3）该催化重整过程中有副产物碳生成，碳的积累会严重影响催化剂的活性。某研究小组计算和模拟实验表明积碳量（催化剂表面碳的质量与催化剂的质量之比）与投料比、温度的关系如图。

当投料比=2.0时，要使积碳量最小，应调节温度为___℃。

Answer 1

【答案】+247 < 该正反应气体分子数增加，其它条件相同时，减小压强，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大 > 升高 4 750

【解析】

(1)ΔH=生成物的标准摩尔生成焓和-反应物的标准摩尔生成焓和；

(2)①在恒温条件下，压强增大，平衡向气体总物质的量减小的方向移动；

②当温度为T3、压强为p1时，a点在曲线下方，未达到平衡，且平衡状态时，CO2的转化率增大；

③起始时提高投料比，即增大n(CH4)的量，平衡正向进行；

④起始时向容器中加入1molCH4和1molCO2，在温度为T6，初始压强为2MPa时反应，达到平衡时CO2的转化率为50%，则：

平衡时CH4和CO2的体积分数均为，CO和H2的体积分数均为，Kp=；

(3)结合积碳量与投料比、温度的关系图分析当碳积量最小时，选择温度调节范围。

(1)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)在标准状态下的反应热ΔH=(-111kJ/mol)×2-(-75kJ/mol)- (-394kJ/mol)=+ 247kJ/mol；

(2)①已知CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的正反应气体分子数增加，在恒温条件下，减小压强，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，即压强P1＜2MPa；

②当温度为T3、压强为p1时，a点趋于平衡状态时，CO2的转化率增大，说明此时向正反应方向进行，即v正＞v逆；

③起始时提高投料比，即增大n(CH4)的量，平衡正向进行，则CO2的平衡转化率将升高；

④起始时向容器中加入1molCH4和1molCO2，在温度为T6，初始压强为2MPa时反应，达到平衡时CO2的转化率为50%，则：

平衡时CH4和CO2的体积分数均为，CO和H2的体积分数均为，平衡时总压强p=2Mp×=3 Mp，则Kp= = =4(MPa)2；

(3)当投料比=2.0时，要使积碳量最小，根据积碳量与投料比、温度的关系图可知，应调节温度在750℃左右。