Question

【題目】CH4-CO2催化重整時(shí)發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，不僅可以得到合成氣(CO和H2)，還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義�；卮鹣铝袉栴}：

（1）某溫度下，向1L的密閉容器中充入0.2molCH4與0.1molCO2，發(fā)生CH4-CO2催化重整反應(yīng)，10min時(shí)達(dá)到平衡，測(cè)得平衡混合物中CO(g)的體積分?jǐn)?shù)為20%，則用CH4表示的反應(yīng)速率為______，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為______。

（2）若CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。由圖可知：壓強(qiáng)p1______p2（選填“＞“、“＜“或“=”），理由是______。

（3）在一定溫度下，向固定容積為2L的密閉容器中充入0.1moCH4與0.1mo1CO2發(fā)生CH4-CO2催化重整反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則此條件下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=______；平衡后保持溫度不變，若再充入0.15molCH4、0.15molCO2、0.1molCO、0.1molH2，則此時(shí)v正______（選填“＞”、“＜”或“=”）v逆。

（4）已知：C(s)+2H2(g)＝CH4(g)△H1=-75 kJmol-1

C(s)+O2(g)＝CO2(g)△H2=-394 kJmol-1

C(s)+O2(g)＝CO(g)△H3=-111 kJmol-1

①催化重整反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的△H=______kJmol-1。

②反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

	積碳反應(yīng)CH4(g)＝C(s)+2H2(g)		消碳反應(yīng)CO2(g)+C(s)＝CO(g)
△H/(kJmol-1)	75		172
活化能/(kJmol-1)	催化劑X	33	91
	催化劑Y	43	72

由上表判斷，催化劑X______Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是______。

Answer 1

【答案】 37.5% ＜ 當(dāng)溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)越大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小，圖中壓強(qiáng)p1對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率大于p2，則壓強(qiáng)p1＜p2 6.25×10-4 ＜ +247 劣于 相對(duì)于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率小，而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)速率大

【解析】

（1）發(fā)生的反應(yīng)為：

平衡化合物中CO的體積分?jǐn)?shù)為20%，所以，解得，所以用CH4表示的反應(yīng)速率為，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率；

（2）隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體分子數(shù)增多，體系壓強(qiáng)增大，減壓有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，說明較低的壓強(qiáng)對(duì)應(yīng)較高的平衡轉(zhuǎn)化率，所以p1＜p2；

（3）發(fā)生的反應(yīng)為：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，平衡時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，

，平衡后保持溫度不變，若再充入0.15molCH4、0.15molCO2、0.1molCO、0.1molH2，則，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行，v正＜v逆；

（4）①CH4-CO2催化重整反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，

①C(s)+2H2(g)＝CH4(g)△H1=-75 kJmol-1

②C(s)+O2(g)＝CO2(g)△H2=-394 kJmol-1

③C(s)+O2(g)＝CO(g)△H3=-111 kJmol-1

根據(jù)蓋斯定律③×2-①-②計(jì)算CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的焓變△H=(-111 kJmol-1)×2-(-75 kJmol-1)-(-394 kJmol-1)=+247kJ/mol；

②消碳反應(yīng)所需活化能越低，消碳反應(yīng)越容易進(jìn)行，催化劑活性越好，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，催化劑X較催化劑Y，積碳反應(yīng)時(shí)，活化能低，反應(yīng)速率快，消碳反應(yīng)時(shí)，活化能高，反應(yīng)速率慢，綜合考慮，催化劑X較催化劑Y更利于積碳反應(yīng)，不利于消碳反應(yīng)，會(huì)降低催化劑活性。