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。回答下列问题：

（1）CH4-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 CH4、1 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”或“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________

A．K积、K消均增加

B．v积减小，v消增加

C．K积减小，K消增加

D．v消增加的倍数比v积增加的倍数‘

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________________。

Answer 1

【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；

②

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K积、K消均增加，故正确；

B．升高温度化学反应速率都增大，V积增加、V消增加，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K积、K消均增加，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消增加的倍数比V积增加的倍数大，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a＞b＞c，则pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。