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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷299
推进能源绿色转型,实现“碳达峰、碳中和”,事关经济社会发展全局。甲烷化以及甲烷二氧化碳重整是能源综合利用领域的研究热点。
(1)在一定温度和压力条件下,将按一定比例混合的通过装有催化剂的反应器可得到。298K时,相关物质的相对能量如下图,则该反应的热化学方程式为___________

(2)催化剂的选择是甲烷化的核心,金属均可作为催化剂。
①催化剂原子的基态核外电子的空间运动状态有___________种。
催化形成的反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注),存在的副反应的化学方程式为___________

③上述两种不同催化剂的条件下反应相同时间,测得转化率和生成选择性随温度变化影响如下图所示。高于320℃后,以为催化剂,转化率略有下降,而以为催化剂,转化率却仍在上升,其原因是;对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂和温度分别是___________

(3)甲烷与二氧化碳重整是一个复杂的反应体系,主要反应有:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应III:
在一定条件下,1L恒容密闭容器中充入,测得的平衡转化率分别为60%和20%,则该温度下反应Ⅰ的平衡常数___________;若平衡时总压强为,则___________。(分压总压物质的量分数)
2021·辽宁沈阳·三模
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推进能源绿色转型,实现碳达峰、碳中和,事关经济社会发展全局。CO2甲烷化及甲烷重整制甲醇是能源综合利用领域的研究热点。回答下列问题:
(1)已知CH4、O2和H2O(g)(H2O的作用是活化催化剂)按照一定体积比在催化剂表面可合成甲醇:CH4(g)+O2(g)=CH3OH(g) H,反应的部分历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”标注,TS代表过渡态)。下列说法正确的是_____(填标号)。
A.该反应的H=-32.5kJ•mol-1
B.H2O(g)比O2(g)更容易吸附在催化剂表面
C.该反应过程中只涉及σ键的断裂与形成
D.图中慢反应的化学方程式为*CH4+*OH=*CH3OH+*H
(2)催化剂的选择是CO2甲烷化的核心,金属Ni或Ni-CeO2均可作为催化剂。
①基态Ni原子的核外电子排布式为_____
②在上述两种催化剂的条件下反应相同时间,测得CO2转化率和CH4选择性随温度的变化如图所示。高于320℃,以Ni-CeO2为催化剂,CO2转化率略有下降,而以Ni为催化剂,CO2转化率却仍在上升,其原因是____。对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂和温度分别是____

(3)一定条件下,发生反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) H=-198kJ•mol-1,测CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=]的关系如图所示。已知v=k•c(CO)•c3(H2),v=k•c(CH4)•c(H2O) (k、k为速率常数,只与温度有关)。

①图中m1、m2、m3由大到小的顺序为_____
②向一体积为2L的恒容密闭容器中充入1molCO和3molH2,在一定温度下,经5s达到平衡,此时CO的转化率为50%。0~5s内,v(H2)=____mol•L-1•s-1。平衡时k:k=____,达到平衡后,升高温度,k:k_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)微生物电化学产甲烷法的装置如图所示。b电极的电极反应式为____
为实现“碳达峰”及“碳中和”,二氧化碳甲烷化技术是循环再利用最有效的技术之一
(1)二氧化碳甲烷化时发生的反应为:
①298K时,已知相关物质的相对能量如图,则该反应的___________

②能判断该过程反应已达化学平衡状态的标志是___________(填标号)。
A.体积分数保持不变
B.容器中混合气体的质量保持不变
C.混合气体的平均相对分子质量保持不变
D.的生成速率与的生成速率相等
③有利于提高体系中平衡转化率的措施是___________(填标号)。
A.使用高效催化剂                    B.增加投入量
C.延长反应时间                    D.及时分离
(2)催化剂的选择是甲烷化的核心,金属Ni或均可作为催化剂。反应相同时间,测得转化率和选择性随温度的变化如图所示。高于320℃,以为催化剂,转化率略有下降,而以Ni为催化剂,转化率却仍在上升,其原因是___________。(的选择性公式:的选择性)

(3)甲烷化发生反应,由于该反应存在副反应,反应的不能100%转化为,生成的须依据的选择性公式进行计算。某温度,在体积为2L的恒容密闭容器中加入1mol和4mol,10min后达到平衡,的平衡转化率和的选择性分别为80%、90%,则的反应速率为___________
(4)催化生成的反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注),则发生的副反应的方程式为___________

(5)的晶胞结构如图所示:

①Ce的配位数为___________
②若高温下该晶胞中1个氧原子变为空位,需___________个面心上的Ce由+4价变为+3价(顶点上的Ce化合价不变)。

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