Question

【題目】2017年5月，中國對(duì)“可燃冰”試采成功�！翱扇急�”是天然氣水合物，被稱為未來新能源。回答下列問題：

(1)用Cu2Al2O4作催化劑制備乙酸

已知：，各物質(zhì)相對(duì)能量大小如圖。

①a=____。

②反應(yīng)物的活化分子濃度大�。哼^程I___ 過程Ⅱ（填“大于”、“小于”或“等于”）。

(2)甲烷超干催化重整(DRM)制備CO，在Ni、CaO及Fe3O4的共同催化作用下，可以獲得極高濃度的CO，其機(jī)理如下：

第①步：Ni基催化

第②步：Fe的還原

第③步：CO2的捕獲

第④步：CO2的釋放與還原

設(shè)計(jì)第②步與第③步反應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)氫物種與____的徹底分離，從勒夏特列原理的角度看，這也有利于____；過程①中，當(dāng)投料比= ___時(shí)，才能保持催化劑組成不變。

(3)甲烷催化重整與壓強(qiáng)的關(guān)系

已知：，現(xiàn)有溫度相同的I、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)恒壓密閉容器，均已充入1 mol CH4(g)和1 mol CO2 (g)，三個(gè)容器的反應(yīng)壓強(qiáng)分別為P1 atm、P2 atm、P3 atm，在其他條件相同的情況下，反應(yīng)均進(jìn)行到t min時(shí)，CO2)的平衡體積分?jǐn)?shù)φ(CO2)如下左圖，此時(shí)I、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)容器中一定處于化學(xué)平衡狀態(tài)的是 ___（填番號(hào)）；求該溫度條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=___ （計(jì)算表達(dá)式）。【已知：Kp是用分壓力代替各物質(zhì)的濃度計(jì)算的平衡常數(shù)，任一組分B的分壓p(B)等于總壓p乘以它的體積分?jǐn)?shù)y(B)】

(4)甲烷用于燃料電池

已知：甲烷電池的工作原理如上有圖，則負(fù)極反應(yīng)方程式為 ___；當(dāng)A極消耗標(biāo)況下44.8 LCH4時(shí)，理論上B極轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 ___mol。

Answer 1

【答案】 E2－E1 小于 碳物種 第①步平衡正向移動(dòng)或提高甲烷的轉(zhuǎn)化率 1/3 Ⅲ CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O 16

【解析】(1)①反應(yīng)熱只與開始和末狀態(tài)之間的能量差有關(guān)：a=E2－E1；②過程Ⅱ加催化劑，活化能低，活化分子數(shù)增多，反應(yīng)物的活化分子濃度大�。哼^程I< 過程Ⅱ；（2）設(shè)計(jì)第②步與第③步反應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)氫物種與碳物種的徹底分離，從勒夏特列原理的角度看，這也有利于第①步平衡正向移動(dòng)或提高甲烷的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)第②步，氫氣還原的鐵要在第④由CO2氧化成四氧化三鐵，由①每2mol甲烷和2mol二氧化碳組合產(chǎn)生4mol氫氣，4mol氫氣在第②步中產(chǎn)生的3mol鐵在第④步中需4mol二氧化碳將其氧化，故過程①中，當(dāng)投料比 = =1/3時(shí)，才能保持催化劑組成不變。（3）由于不能確定容器II中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)是否達(dá)到最小值，因此不能確定II是否達(dá)到平衡狀態(tài)，若未達(dá)平衡，壓強(qiáng)越高反應(yīng)逆向移動(dòng)，相同時(shí)間內(nèi)二氧化碳的含量越高，p3時(shí)，二氧化碳的含量Ⅲ比Ⅱ高，故Ⅲ到達(dá)平衡；由圖二氧化碳的分壓為0.25P3Ⅲ溫度條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=（計(jì)算表達(dá)式）；(4)甲烷電池的工作原理，甲烷在負(fù)極失去電子，則負(fù)極反應(yīng)方程式為CH4＋4CO32－－8e－=5CO2＋2H2O，每molCH4轉(zhuǎn)移8mol電子，當(dāng)A極消耗標(biāo)況下44.8 LCH4時(shí)，即2molCH4理論上B極轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 16mol。