Question

CH₄超干重整CO₂技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题

(1)CH₄超干重整CO₂的催化转化如图所示：

①关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________(填序号)。

a.实现了含碳物质与含氢物质的分离

b.可表示为CO₂＋H₂===H₂O(g)＋CO

c.CO未参与反应

d.Fe₃O₄、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH

②其他条件不变，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应CH₄(g)＋CO₂(g)===2CO(g)＋2H₂(g)进行相同时间后，CH₄的转化率随反应温度的变化如图所示。a点所代表的状态________(填“是”或“不是”)平衡状态；b点CH₄的转化率高于c点，原因是____________________________________________________________。

(2)在一刚性密闭容器中，CH₄和CO₂的分压分别为20 kPa、25 kPa，加入Ni/α－Al₂O₃催化剂并加热至1 123 K使其发生反应CH₄(g)＋CO₂(g) 2CO(g)＋2H₂(g)。

①研究表明CO的生成速率v(CO)＝1.3×10^－2·p(CH₄)·p(CO₂) mol·g^－1·s^－1，某时刻测得p(CO)＝20 kPa，则p(CO₂)＝________kPa，v(CO)＝________mol·g^－1·s^－1。

②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数的计算式为K_p＝________(kPa)²。(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)

Answer

c、d 不是 b、c均未达到平衡，b点温度高，反应速率快，消耗CH4量多，故转化率高 15 1.95

【解析】

（1）根据图示的反应历程分析反应中各物质的作用及总反应方程式；根据催化剂、温度对平衡移动的影响分析解答；（2）运用“三段式”法，结合题给信息中速率与压强间的关系进行相关计算；（3）根据平衡常数表达式，用平衡时反应物的压强计算平衡常数。

（1）①a.上述分析可知，两步反应实现了含碳物质与含氢物质的分离，故a正确；

b.反应过程中有催化剂和中间产物，总反应可表示为CO2+H2=H2O(g)+CO，故b正确；

c.CO最后剩余是一氧化碳参与反应过程最后又生成，故c错误；

d.Fe3O4、CaO为催化剂，改变反应速率不能改变反应的△H，故d错误；故答案为：cd；

②因为催化剂只改变反应速率不改变平衡移动，所以最终不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达平衡时CH4的转化率相同，故a点所代表的状态不是平衡状态，此时反应一直向正反应方向移动，b和c都没平衡，c点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高，所以c点CH4的转化率高于b点，故答案为：不是；b和c都没平衡，c点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高；

（2）①在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20kPa、25 kPa，加入Ni/α-A12O3催化剂并加热至 1123K 使其发生反应：某时刻测得p（CO）=20kPa，

则p（CO2）=15kPa， v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1=1.3×10-2×10×15=1.95mol•g-1•s-1，故答案为：15；1.95；

②CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)，达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，设达到平衡状态消耗甲烷分压x：

则20-x+25-x+2x+2x=（20+25）×1.8，x=18，反应的平衡常数的计算式为 ，故答案为：。