Question

CH₄超干重整CO₂技术可得到富含CO的气体，用于生产多种化工产品。该技术中的化学反应为：CH₄(g)+3CO₂(g) 2H₂O(g)+4CO(g)        ΔH=+330kJ/mol

（1）下图表示初始投料比n(CH₄):n(CO₂)为1:3或1:4，CH₄的转化率在不同温度（T₁、T₂）下与压强的关系。[注：投料比用a₁、a₂表示]

①a₂=__________。

②判断T₁的T₂的大小关系，并说明理由：__________。

（2）CH₄超干重整CO₂的催化转化原理示意图如下：

①过程Ⅰ，生成1mol H₂时吸收123.5kJ热量，其热化学方程式是__________。

②过程Ⅱ，实现了含氢物种与含碳物种的分离。生成H₂O(g)的化学方程式是__________。

③假设过程Ⅰ和过程Ⅱ中的各步均转化完全，下列说法正确的是__________。（填序号）

a．过程Ⅰ和过程Ⅱ中发生了氧化还原反应

b．过程Ⅱ中使用的催化剂为Fe₃O₄和CaCO₃

c．若过程Ⅰ投料，可导致过程Ⅱ中催化剂失效

Answer

1:4 T2>T1 正反应为吸热反应，温度升高时甲烷的转化率增大 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol 4H2+Fe3O43Fe+4H2O ac

【解析】(1). ①.在相同条件下，投料比越小，甲烷的转化率越大，据图可知，a2＞a1，故a2表示的是1:4时甲烷的转化率，故答案为：1:4；

②. 因CH4(g)+3CO2(g)2H2O(g)+4CO(g)的正反应为吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，甲烷的转化率增大，则T2>T1，故答案为：T2>T1，正反应为吸热反应，温度升高时甲烷的转化率增大；

(2). ①.在过程I中，生成1mol H2时吸收123.5kJ热量，据图可知，其热化学方程式为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol，故答案为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ/mol；

②. 由过程II的转化关系来看，混合气体中的H2将Fe3O4还原为Fe，反应方程式为：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O，故答案为：4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O；

③. a. 两个过程都有元素化合价的改变，都发生了氧化还原反应，故a正确；b. 过程II中Fe3O4最终被还原为Fe，Fe3O4不是催化剂，故b错误；c. 若初始投料比时，二者恰好按照题给方程式反应，无CO2生成，导致CaCO3无法参加反应，使催化剂中毒失效，故c正确；答案选ac。