Question

CH₄-CO₂催化重整不仅可以得到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＞0

①有利于提高CH₄平衡转化率的条件是____（填字母）。

A 高温低压     B 低温高压    C 高温高压    D 低温低压

②在体积恒定的密闭容器中进行该反应并达到平衡状态，若此时改变条件使平衡常数K值变大，该反应___（填字母）

A. 一定向正反应方向移动        B. 重新达到平衡后正反应速率增大

C. 一定向逆反应方向移动        D. 重新达到平衡后逆反应速率减小

③某温度下，在体积为2L的容器中加入2 mol CH₄、1mol CO₂以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO₂的转化率是50%，CO₂的体积分数为_____

(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·mol^－^1)	+75	+172
活化能(kJ·mol^－^1)	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_______

②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

Answer

A AB 12.5% 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)①根据外界条件对平衡移动的影响分析；

②根据K值的影响因素分析

③列三段式计算；

(2)①根据活化能对反应速率的影响分析；

②根据温度对反应速率以及平衡的影响分析。

(1)①该反应的正反应为气体体积增大的吸热反应，升温、减压均可以使平衡正向移动，均有利于提高CH4的平衡转化率，故选A；

②因为K值只与温度有关，又该反应为吸热反应，若此时改变条件使平衡常数K值变大，则该条件一定是升温，升温正逆反应速率均增大，且平衡正向移动，故选AB；

③某温度下，在体积为2L的容器中加入2 mol CH4、1mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，可列出三段式(单位为mol)：

则平衡时气体总物质的量为4mol，故CO2的体积分数为；

(2)①根据表中数据可知相对于催化剂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，所以催化剂X劣于Y；

②A. 正反应均为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此K积、K消均增加，故A正确；

B. 升高温度反应速率均增大，故B错误；

C. 根据A中分析可知K积、K消均增加，平衡向正反应方向移动，故C错误；

D. 由图中信息可知，积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低，说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大，故D正确；故选AD。