解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷149
化学反应过程中除物质变化外，还伴随能量转化。按要求回答下列问题：
(1)荷兰埃因霍温大学学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在催化剂钴表面上反应Ⅰ的反应历程，如图所示，其中吸附在钴催化剂表面上的物种用*标注。
该历程中最大能垒E正=_______ kJ∙mol-1，写出该步骤的化学方程式：_______
(2)推动煤炭清洁高效利用是未来煤炭利用的发展方向，其中煤制天然气(主要成分甲烷)能对燃气资源有重要补充作用。在催化剂作用下，其涉及的主要反应如下：
△H3
△H3=_______ kJ∙mol-1。
(3)一种甲烷催化重整与新型熔融碳酸盐燃料电池综合应用技术的原理如下图所示。
①写出甲烷催化重整的化学方程式_______
②写出该装置中原电池正极的电极反应_______
③电池工作时，
向电极_______ 移动(填写“A”或“B”)；用该电池做电极精炼铜的电源，每消耗1molO2的同时能精炼出_______ mol的精铜。
(1)荷兰埃因霍温大学学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在催化剂钴表面上反应Ⅰ的反应历程，如图所示，其中吸附在钴催化剂表面上的物种用*标注。
该历程中最大能垒E正=
(2)推动煤炭清洁高效利用是未来煤炭利用的发展方向，其中煤制天然气(主要成分甲烷)能对燃气资源有重要补充作用。在催化剂作用下，其涉及的主要反应如下：
△H3△H3=
(3)一种甲烷催化重整与新型熔融碳酸盐燃料电池综合应用技术的原理如下图所示。
①写出甲烷催化重整的化学方程式
②写出该装置中原电池正极的电极反应
③电池工作时，
向电极22-23高三上·福建泉州·期中
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推动煤炭清洁高效利用是未来煤炭利用的发展方向，其中煤制天然气（主要成分甲烷）能对燃气资源有重要补充作用。
在催化剂作用下，其涉及的主要反应如下：
CO(g) +3H2(g)⇌CH4(g)+H2O(g)△H1Ⅰ
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H2═－41.2 kJ∙mol−1Ⅱ
CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)△H3Ⅲ
其副反应（积碳反应）如下：
2CO(g)⇌CO2(g)+C(s) △H4═－172.0kJ•mol﹣1Ⅳ
CO2(g)+2H2(g)⇌2H2O(g)+C(s) △H5═－90.0kJ•mol﹣1Ⅴ
CO(g)+H2(g)⇌H2O(g)+C(s) △H6═－131.0kJ•mol﹣1Ⅵ
(1)荷兰埃因霍温大学学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在催化剂钴表面上反应Ⅰ的反应历程，如图所示，其中吸附在钴催化剂表面上的物种用*标注。
①该历程中最大能垒E正＝_____ kJ∙mol−1，写出该步骤的化学方程式_____ 。
②△H3＝_____ kJ∙mol−1。
(2)若原料气n(H2)：n(CO)＝3：1，且反应容器中只考虑主要反应。
①在催化剂作用下合成天然气，平衡时各组分的体积分数随温度、压强变化如图2、图3所示。根据图象分析，反应Ⅰ在_____ 温（填“高”或“低”）、_____ 压（填“高“或“低”）条件下有利于反应进行。
②T2℃，0.1MPa恒压条件条件下，平衡时反应体系平衡组成如表所示。
该条件下CO的总转化率表达式α＝_____ 。Kp、Kx分别是以分压、物质的量分数表示的平衡常数，反应Ⅰ的Kx＝_____ 。（以Kp和p总表示）
(3)若反应容器中考虑主、副反应。维持p总＝0.1MPa恒定，平衡时CO转化率和积碳的选择性（积碳的选择性＝
×100%）随温度和进料气中水蒸气量的变化如图4和图5所示。其中n（H2）：n（CO）：n（H2O）＝3：1：X，代表原料气中H2、CO和H2O三者的物质的量之比，X为一变量，下列说法正确的是_____ 。
A图4中，随着X的增大，CO转化率略有降低，可能原因是反应式Ⅰ中H2O为生成物，增加水蒸气的量会促使平衡向逆反应方向移动
B图5中，X较低时，在800～850℃积碳选择性减小的原因可能是副反应为放热反应，温度较高，积碳反应平衡逆向移动
C图5中，X较高时，在550～800℃积碳选择性较低的主要原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小
D总体上说，X较高，温度低于450℃利于降低积碳，减少积碳对催化剂的影响
(4)生物电化学系统还原CO2是另一种产生甲烷的方法，装置如图所示，请写出电解时阴极的电极反应式_____ 。
在催化剂作用下，其涉及的主要反应如下：
CO(g) +3H2(g)⇌CH4(g)+H2O(g)△H1Ⅰ
CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H2═－41.2 kJ∙mol−1Ⅱ
CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)△H3Ⅲ
其副反应（积碳反应）如下：
2CO(g)⇌CO2(g)+C(s) △H4═－172.0kJ•mol﹣1Ⅳ
CO2(g)+2H2(g)⇌2H2O(g)+C(s) △H5═－90.0kJ•mol﹣1Ⅴ
CO(g)+H2(g)⇌H2O(g)+C(s) △H6═－131.0kJ•mol﹣1Ⅵ
(1)荷兰埃因霍温大学学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在催化剂钴表面上反应Ⅰ的反应历程，如图所示，其中吸附在钴催化剂表面上的物种用*标注。
①该历程中最大能垒E正＝
②△H3＝
(2)若原料气n(H2)：n(CO)＝3：1，且反应容器中只考虑主要反应。
①在催化剂作用下合成天然气，平衡时各组分的体积分数随温度、压强变化如图2、图3所示。根据图象分析，反应Ⅰ在
②T2℃，0.1MPa恒压条件条件下，平衡时反应体系平衡组成如表所示。
| 组分 | CH4 | H2O | H2 | CO2 | CO |
| 体积分数x | a | b | c | d | e |
(3)若反应容器中考虑主、副反应。维持p总＝0.1MPa恒定，平衡时CO转化率和积碳的选择性（积碳的选择性＝
×100%）随温度和进料气中水蒸气量的变化如图4和图5所示。其中n（H2）：n（CO）：n（H2O）＝3：1：X，代表原料气中H2、CO和H2O三者的物质的量之比，X为一变量，下列说法正确的是A图4中，随着X的增大，CO转化率略有降低，可能原因是反应式Ⅰ中H2O为生成物，增加水蒸气的量会促使平衡向逆反应方向移动
B图5中，X较低时，在800～850℃积碳选择性减小的原因可能是副反应为放热反应，温度较高，积碳反应平衡逆向移动
C图5中，X较高时，在550～800℃积碳选择性较低的主要原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小
D总体上说，X较高，温度低于450℃利于降低积碳，减少积碳对催化剂的影响
(4)生物电化学系统还原CO2是另一种产生甲烷的方法，装置如图所示，请写出电解时阴极的电极反应式
推动煤炭清洁高效利用是未来煤炭利用的发展方向，其中煤制天然气(主要成分甲烷)能对燃气资源有重要补充作用。在催化剂作用下，其涉及的主要反应如下：
CO(g)+3H2(g)
CH4(g)+H2O(g) ΔH1=-06.2 kJ·mol−1 I
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2 kJ·mol−1 II
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH3 III
其副反应(积碳反应)如下：
2CO(g)O2(g)+C(s) ΔH4 = -172.0 kJ·mol−1 IV
CO2(g)+2H2(g)2H2O(g)+C(s) ΔH5= -90.0 kJ·mol−1 V
CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) ΔH6 = -131.0 kJ·mol−1 VI
(1)荷兰埃因霍温大学学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在催化剂钻表面上反应 I 的反应历程，如图 1 所示，其中吸附在钻催化剂表面上的物种用*标注。
①该历程中最大能垒E正=___________ kJ·mol−1，写出该步骤的化学方程式___________ 。
②ΔH3=___________ kJ·mol−1。
(2)若原料气 n(H2)：n(CO)=3：1，且反应容器中只考虑主要反应。
①反应I在___________ 温(填“高”或“低”)、___________ 压(填“高”或“低”)条件下有利于天然气的合成。
②T2℃，0.1 MPa 恒压条件下，平衡时反应体系平衡组成如下表所示：
该条件下CO的总转化率表达式α =___________ 。Kp、Kx分别是以分压、物质的量分数表示的平衡常数，反应 I 的Kx =___________ (以 Kp 和 p总表示)。
(3)若反应容器中考虑主、副反应。维持p总=0.1 MPa恒定，平衡时CO的转化率和积碳的选择性(积碳的选择性=
随温度和进料气中水蒸气量的变化如图所示。其中n(H2):n(CO) :n(H2O)= 3 ：1 ：X，代表原料气中 H2、CO和H2O三者的物质的量之比，X 为横坐标，下列说法正确的是___________ 。
A．图2中，随着X的增大，CO转化率略有增大，可能原因是反应式I中H2O为生成物，增加水蒸气的量会促使平衡向逆反应方向移动
B．图3中，X较低时，在800~850℃积碳选择性减小的原因可能是副反应为放热反应，温度较高，积碳反应平衡逆向移动
C．图3中，X较高时，在550~800℃积碳选择性较低的主要原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小
D．总体上说，X较高，温度低于500℃利于降低积碳，减少积碳对催化剂的影响
CO(g)+3H2(g)
CH4(g)+H2O(g) ΔH1=-06.2 kJ·mol−1 ICO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2 kJ·mol−1 IICO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g) ΔH3 III其副反应(积碳反应)如下：
2CO(g)
O2(g)+C(s) ΔH4 = -172.0 kJ·mol−1 IVCO2(g)+2H2(g)
2H2O(g)+C(s) ΔH5= -90.0 kJ·mol−1 VCO(g)+H2(g)
H2O(g)+C(s) ΔH6 = -131.0 kJ·mol−1 VI(1)荷兰埃因霍温大学学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在催化剂钻表面上反应 I 的反应历程，如图 1 所示，其中吸附在钻催化剂表面上的物种用*标注。
①该历程中最大能垒E正=
②ΔH3=
(2)若原料气 n(H2)：n(CO)=3：1，且反应容器中只考虑主要反应。
①反应I在
②T2℃，0.1 MPa 恒压条件下，平衡时反应体系平衡组成如下表所示：
| 组分 | CH4 | H2O | H2 | CO2 | CO |
| 体积分数 x | a | b | c | d | e |
(3)若反应容器中考虑主、副反应。维持p总=0.1 MPa恒定，平衡时CO的转化率和积碳的选择性(积碳的选择性=
随温度和进料气中水蒸气量的变化如图所示。其中n(H2):n(CO) :n(H2O)= 3 ：1 ：X，代表原料气中 H2、CO和H2O三者的物质的量之比，X 为横坐标，下列说法正确的是A．图2中，随着X的增大，CO转化率略有增大，可能原因是反应式I中H2O为生成物，增加水蒸气的量会促使平衡向逆反应方向移动
B．图3中，X较低时，在800~850℃积碳选择性减小的原因可能是副反应为放热反应，温度较高，积碳反应平衡逆向移动
C．图3中，X较高时，在550~800℃积碳选择性较低的主要原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小
D．总体上说，X较高，温度低于500℃利于降低积碳，减少积碳对催化剂的影响
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