Question

【題目】CH4—CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。

（1）在標準狀態下，由元素最穩定的單質生成1mol純化合物時的反應熱稱為該化合物的標準摩爾生成焓。各物質的標準摩爾生成焓如表：

則制備合成氣的反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2（g）在標準狀態下的反應熱ΔH=___kJ/mol。

（2）在剛性容器中，當投料比=1.0時，CO2的平衡轉化率（α）與溫度（T）、初始壓強（p）的關系如圖所示。

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

②當溫度為T3、壓強為p1時，a點的v正___v逆（填“＞”、“＜”或“=”）。

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

④起始時向容器中加入1molCH4和1molCO2，在溫度為T6。、初始壓強為2MPa時反應，該反應的Kp=___(MPa)2。

（3）該催化重整過程中有副產物碳生成，碳的積累會嚴重影響催化劑的活性。某研究小組計算和模擬實驗表明積碳量（催化劑表面碳的質量與催化劑的質量之比）與投料比、溫度的關系如圖。

當投料比=2.0時，要使積碳量最小，應調節溫度為___℃。

Answer 1

【答案】+247 < 該正反應氣體分子數增加，其它條件相同時，減小壓強，平衡正向移動，CO2的平衡轉化率增大 > 升高 4 750

【解析】

(1)ΔH=生成物的標準摩爾生成焓和-反應物的標準摩爾生成焓和；

(2)①在恒溫條件下，壓強增大，平衡向氣體總物質的量減小的方向移動；

②當溫度為T3、壓強為p1時，a點在曲線下方，未達到平衡，且平衡狀態時，CO2的轉化率增大；

③起始時提高投料比，即增大n(CH4)的量，平衡正向進行；

④起始時向容器中加入1molCH4和1molCO2，在溫度為T6，初始壓強為2MPa時反應，達到平衡時CO2的轉化率為50%，則：

平衡時CH4和CO2的體積分數均為，CO和H2的體積分數均為，Kp=；

(3)結合積碳量與投料比、溫度的關系圖分析當碳積量最小時，選擇溫度調節范圍。

(1)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)在標準狀態下的反應熱ΔH=(-111kJ/mol)×2-(-75kJ/mol)- (-394kJ/mol)=+ 247kJ/mol；

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

②當溫度為T3、壓強為p1時，a點趨于平衡狀態時，CO2的轉化率增大，說明此時向正反應方向進行，即v正＞v逆；

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

④起始時向容器中加入1molCH4和1molCO2，在溫度為T6，初始壓強為2MPa時反應，達到平衡時CO2的轉化率為50%，則：

平衡時CH4和CO2的體積分數均為，CO和H2的體積分數均為，平衡時總壓強p=2Mp×=3 Mp，則Kp= = =4(MPa)2；

(3)當投料比=2.0時，要使積碳量最小，根據積碳量與投料比、溫度的關系圖可知，應調節溫度在750℃左右。