將CO2氫化制備CO的反應(yīng)稱為逆水煤氣變換反應(yīng)(RWGS),工業(yè)上常利用RWGS反應(yīng)制備化工原料CO,此舉可有效緩解溫室效應(yīng)。涉及反應(yīng)如下:
RWGS反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41.2kJ?mol-1
副反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)ΔH2=-164kJ?mol-1
回答下列問題:
(1)反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)ΔH=+205+205kJ?mol-1。相比RWGS反應(yīng),副反應(yīng)Ⅱ在化學(xué)熱力學(xué)上進行的趨勢很大,原因為 該反應(yīng)的正反應(yīng)是放出熱量很大的反應(yīng)該反應(yīng)的正反應(yīng)是放出熱量很大的反應(yīng)。
(2)研究表明由不同的方法制備得到的Ni-CeO2催化劑對RWGS反應(yīng)的催化活性和選擇性不同。在某恒壓密閉容器中充入一定量CO2(g)和H2(g),在不同的溫度下反應(yīng)相同的時間,實驗測得CO2轉(zhuǎn)化率、CH4的選擇性與反應(yīng)溫度的關(guān)系分別如圖1和圖2所示:
①600℃時,為提高CO的產(chǎn)率,適宜選擇的催化劑為 Ni-CeO2-DP800Ni-CeO2-DP800(填“Ni-CeO2-IM800”或“Ni-CeO2-CP800“),原因為 600℃時CO2的轉(zhuǎn)化率和CO(g)的選擇性的乘積:Ni-CeO2-DP800>Ni-CeO2-IM800Ni600℃時CO2的轉(zhuǎn)化率和CO(g)的選擇性的乘積:Ni-CeO2-DP800>Ni-CeO2-IM800Ni。
②研究表明,Ni-CeO2催化劑中,進入立方CeO2晶胞(結(jié)構(gòu)如圖3所示)的Ni2+會替代部分Ce4+而變成RWGS反應(yīng)的活化中心。立方CeO2晶胞參數(shù)為apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則CeO2晶胞的密度為 6.88×1032a3NA6.88×1032a3NAg/cm3(列式即可)。
(3)T℃時,在某剛性密閉容器中充入1molCO2(g)和2molH2(g),發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ,達到平衡時測得CO2轉(zhuǎn)化率為40%,生成0.05molCH4。平衡時,該溫度下RWGS反應(yīng)的平衡常數(shù)為 0.1810.181。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)
(4)對于反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ同時發(fā)生的體系,在投料比一定時測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(0.1MPa、1MPa、10MPa)、溫度的關(guān)系如圖4所示。L1、L2、L3三條曲線中表征壓強是0.1MPa的是 L1L1(填“L1”“L2”或“L3”)。
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【考點】化學(xué)平衡的計算.
【答案】+205;該反應(yīng)的正反應(yīng)是放出熱量很大的反應(yīng);Ni-CeO2-DP800;600℃時CO2的轉(zhuǎn)化率和CO(g)的選擇性的乘積:Ni-CeO2-DP800>Ni-CeO2-IM800Ni;;0.181;L1
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【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:17引用:1難度:0.6
相似題
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1.CO2的捕集與轉(zhuǎn)化是當今科學(xué)研究的重要課題。以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應(yīng)如下:
Ⅰ.CO2(g)+C2H6(g)?C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)ΔH=+177kJ?mol-1(主反應(yīng))
Ⅱ.C2H6(g)?CH4(g)+H2(g)+C(S)ΔH=+9kJ?mol-1(副反應(yīng))
(1)反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)歷程可分為如下兩步:
i.C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)ΔH1(反應(yīng)速率較快)
ii.H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)ΔH2=+41kJ?mol-1(反應(yīng)速率較慢)
①ΔH1=
②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)對反應(yīng)I速率影響更大,其原因是
(2)向恒壓密閉容器中充入CO2和C2H6合成C2H4,選擇不同溫度對相關(guān)量的影響如圖所示,工業(yè)生產(chǎn)綜合各方面的因素,反應(yīng)選擇800℃的原因是
(3)在800℃時,=n(CO2)n(C2H6),充入一定體積的密閉容器中,在有催化劑存在的條件下,只發(fā)生主反應(yīng),初始壓強為P,一段時間達到平衡,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和與剩余反應(yīng)物的物質(zhì)的量之和相等,該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=13
(4)工業(yè)上用甲烷催化法制取乙烯,只發(fā)生如下反應(yīng):2CH4?C2H4+2H2ΔH>0,溫度T時,向2L的恒容反應(yīng)器中充入2mol CH4,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過程中CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。實驗測得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4)?c2(H2),k正、k逆為速率常數(shù),只與溫度有關(guān),則T溫度時═k逆k正
(5)我國科學(xué)家使用電化學(xué)的方法(裝置如圖)用C2H6和CO2合成了C2H4。
①M是電源的
②陽極電極反應(yīng)式是發(fā)布:2024/12/17 20:30:1組卷:24引用:2難度:0.6 -
2.一定條件下,可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù).在恒溫恒壓條件下,總壓不變,用平衡分壓計算平衡常數(shù)更方便.下列說法不正確的是( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/21 8:0:2組卷:134引用:1難度:0.7 -
3.工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO,以氨氣、氧氣為原料,在Pt-Rh合金催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N2,兩個競爭反應(yīng)化學(xué)方程式如下:
Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)
Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)?2N2(g)+6H2O(g)
現(xiàn)將1molNH3、1.45molO2充入1L恒容密閉容器中,在上述催化劑作用下反應(yīng),相同時間內(nèi)有關(guān)生成物物質(zhì)的量隨溫度變化曲線如圖所示。
已知:有效轉(zhuǎn)化率=×100%制備目標物質(zhì)消耗原料的量原料總的轉(zhuǎn)化量
下列說法不正確的是( ?。?/h2>發(fā)布:2024/12/17 0:30:2組卷:81引用:5難度:0.5
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