Question

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)。

已知：C(s)+2H₂(g)=CH₄(g)ΔH=－75kJ·mol^-1

C(s)+O₂(g)=CO₂(g)ΔH=－394kJ·mol^-1

C(s)+O₂(g)=CO(g)ΔH=－111kJ·mol^-1

该催化重整反应的ΔH=__kJ·mol^-1。有利于提高CH₄平衡转化率的条件是___(填标号)。

A．高温低压           B．低温高压         C．高温高压           D．低温低压

某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH₄、1molCO₂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·L^-2。

（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：

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__(填标号)。

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_积增加的倍数大

②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH₄)·[p(CO₂)]^－0.5(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p_a(CO₂)、p_b(CO₂)、p_c(CO₂)从大到小的顺序为___。

Answer

247 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 pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)

【解析】

（1）将题给三个反应依次编号为①、②、③：

C(s)＋2H2(g)=CH4(g)ΔH＝－75kJ·mol－1①

C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－394kJ·mol－1②

C(s)＋O2(g)=CO(g)ΔH＝－111kJ·mol－1③

根据盖斯定律，由③×2－①－②可得

CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝247kJ·mol－1；根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动；该反应三段式为：

；

（2）①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行，综合分析，催化剂X劣于催化剂Y；由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大；

②由速率方程表达式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。