20.二氧化碳、甲烷等是主要的溫室氣體。研發(fā)二氧化碳和甲烷的利用技術(shù)對(duì)治理生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
已知:常溫常壓下,一些物質(zhì)的燃燒熱如表所示。
物質(zhì) |
CH4(g) |
H2(g) |
CO(g) |
燃燒熱(ΔH)/(kJ?mol-1) |
-890.3 |
-285.8 |
-283.0 |
回答下列問(wèn)題:
(1)在催化劑作用下,甲烷的催化重整是制備合成氣的重要方法,寫(xiě)出CH
4(g)與CO
2(g)反應(yīng)生成CO(g)和H
2(g)的熱化學(xué)方程式:
。
(2)在恒溫恒容密閉容器中,通入一定量的CH
4、CO
2發(fā)生催化重整反應(yīng)。
①下列能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是
(填標(biāo)號(hào))。
A.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
B.v
正(CH
4)=2v
逆(CO)
C.CO與H
2濃度的比值不再變化
D.容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
②當(dāng)投料比
=1.0時(shí),CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)、初始?jí)簭?qiáng)(p)的關(guān)系如圖1所示。由圖可知:壓強(qiáng)p
1
2MPa(填“>”、“<”或“=”);當(dāng)溫度為T(mén)
3、初始?jí)簭?qiáng)為2MPa時(shí),a點(diǎn)的v
逆
v
正(填“>”、“<”或“=”)。起始時(shí)向1L恒容容器中加入2molCH
4和2molCO
2,在溫度為T(mén)
6、初始?jí)簭?qiáng)為2MPa條件下反應(yīng),用壓強(qiáng)表示該反應(yīng)的平衡常數(shù)K
p=
(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(3)我國(guó)科學(xué)家對(duì)甲烷和水蒸氣催化重整反應(yīng)機(jī)理也進(jìn)行了廣泛研究,通常認(rèn)為該反應(yīng)分兩步進(jìn)行。第一步:CH
4催化裂解生成H
2和碳(或碳?xì)湮锓N),其中碳(或碳?xì)湮锓N)吸附在催化劑上,如CH
4→C
ads/[C(N)
n]
ads+(2-
)H
2;第二步:碳(或碳?xì)湮锓N)和H
2O反應(yīng)生成CO
2和H
2,如C
ads/[C(H)
n]
ads+2H
2O→CO
2+(2+
)H
2。反應(yīng)過(guò)程和能量變化殘圖如圖2:判斷過(guò)程
(填序號(hào))加入了催化劑,原因是
??刂普麄€(gè)過(guò)程②反應(yīng)速率的是第Ⅱ步,其原因?yàn)?
。