Question

【題目】CH4—CO2催化重整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。

（1）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由元素最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol純化合物時(shí)的反應(yīng)熱稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓如表：

則制備合成氣的反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2（g）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)熱ΔH=___kJ/mol。

（2）在剛性容器中，當(dāng)投料比=1.0時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、初始?jí)簭?qiáng)（p）的關(guān)系如圖所示。

①由圖可知：壓強(qiáng)P1___2MPa（填“＞”、“＜”或“=”），理由是___。

②當(dāng)溫度為T3、壓強(qiáng)為p1時(shí)，a點(diǎn)的v正___v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。

③若起始時(shí)提高投料比，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率將___（填“升高”或“降低”）。

④起始時(shí)向容器中加入1molCH4和1molCO2，在溫度為T6。、初始?jí)簭?qiáng)為2MPa時(shí)反應(yīng)，該反應(yīng)的Kp=___(MPa)2。

（3）該催化重整過程中有副產(chǎn)物碳生成，碳的積累會(huì)嚴(yán)重影響催化劑的活性。某研究小組計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)表明積碳量（催化劑表面碳的質(zhì)量與催化劑的質(zhì)量之比）與投料比、溫度的關(guān)系如圖。

當(dāng)投料比=2.0時(shí)，要使積碳量最小，應(yīng)調(diào)節(jié)溫度為___℃。

Answer 1

【答案】+247 < 該正反應(yīng)氣體分子數(shù)增加，其它條件相同時(shí)，減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大 > 升高 4 750

【解析】

(1)ΔH=生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和-反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和；

(2)①在恒溫條件下，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體總物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)；

②當(dāng)溫度為T3、壓強(qiáng)為p1時(shí)，a點(diǎn)在曲線下方，未達(dá)到平衡，且平衡狀態(tài)時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大；

③起始時(shí)提高投料比，即增大n(CH4)的量，平衡正向進(jìn)行；

④起始時(shí)向容器中加入1molCH4和1molCO2，在溫度為T6，初始?jí)簭?qiáng)為2MPa時(shí)反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，則：

平衡時(shí)CH4和CO2的體積分?jǐn)?shù)均為，CO和H2的體積分?jǐn)?shù)均為，Kp=；

(3)結(jié)合積碳量與投料比、溫度的關(guān)系圖分析當(dāng)碳積量最小時(shí)，選擇溫度調(diào)節(jié)范圍。

(1)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)熱ΔH=(-111kJ/mol)×2-(-75kJ/mol)- (-394kJ/mol)=+ 247kJ/mol；

(2)①已知CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的正反應(yīng)氣體分子數(shù)增加，在恒溫條件下，減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，即壓強(qiáng)P1＜2MPa；

②當(dāng)溫度為T3、壓強(qiáng)為p1時(shí)，a點(diǎn)趨于平衡狀態(tài)時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，說明此時(shí)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即v正＞v逆；

③起始時(shí)提高投料比，即增大n(CH4)的量，平衡正向進(jìn)行，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率將升高；

④起始時(shí)向容器中加入1molCH4和1molCO2，在溫度為T6，初始?jí)簭?qiáng)為2MPa時(shí)反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，則：

平衡時(shí)CH4和CO2的體積分?jǐn)?shù)均為，CO和H2的體積分?jǐn)?shù)均為，平衡時(shí)總壓強(qiáng)p=2Mp×=3 Mp，則Kp= = =4(MPa)2；

(3)當(dāng)投料比=2.0時(shí)，要使積碳量最小，根據(jù)積碳量與投料比、溫度的關(guān)系圖可知，應(yīng)調(diào)節(jié)溫度在750℃左右。