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解答题-原理综合题 较难0.4 引用2 组卷297
比利时根特大学曾在Science上发表一篇“甲烷超干重整”论文,体现了重整技术是一种实现“碳中和”的有效手段,具有广阔的市场前景、经济效应和社会意义。甲烷超干重整反应为:。“甲烷超干重整”是一种特殊的重整技术。重整技术涉及的反应如下:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
回答下列问题:
(1)甲烷超干重整反应的___________kJ/mol。通过焓变数据分析,“甲烷超干重整”反应对比反应Ⅰ型的重整的优势为___________
(2)重整技术存在与碳有关的多个反应的平衡。这些平衡的存在会导致二氧化碳转化率降低,拖累整体的碳利用率。“甲烷超干重整”的巨大优势在于利于高效催化剂将生成的水排除体系,请利用平衡移动原理分析优势___________
(3)“甲烷超干重整”的高效催化剂能有效抑制有水参与或生成的副反应,按加入1L刚性密闭容器中进行“甲烷超干重整"。
①下列描述能说明该反应达到平衡状态的是___________
A.容器内混合气体的密度保持不变       
B.容器内压强保持不变
C.和CO的物质的量之比保持不变       
D.断裂键的同时形成
②若反应均达平衡时,甲烷的转化率为90%,二氧化碳的转化率为85%,则“甲烷超干重整”反应的选择性___________%(保留2位小数);反应I的平衡常数___________(写出计算式即可)。[反应选择性(主反应的转化率/所有反应的转化率)*100%]
(4)重整技术反应Ⅰ和Ⅱ平衡常数与温度的关系如图所示,则1000K时,反应Ⅲ的平衡常数___________
22-23高三上·河北唐山·期末
知识点:化学反应原理综合考查盖斯定律与热化学方程式化学平衡状态的判断方法化学平衡常数的有关计算 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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CCuS是一种二氧化碳的捕获、利用与封存的技术,这种技术可将CO2资源化,产生经济效益。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物,主要有以下反应:
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.8kJ·mol1
反应II:CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)△H2=+23.4kJ·mol1
反应III:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H3
(1)△H3=_____________kJ·mol1
(2)恒温恒容条件下,在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2,发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是_______(填序号)。
A.容器内的混合气体的密度保持不变B.反应体系总压强保持不变
C.CH3OH和CO2的浓度之比保持不变D.断裂3NA个H-O键同时断裂2NA个C=O键
(3)反应II在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下,在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g),反应到某时刻测得各组分浓度如下:
物质CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OH(g)
浓度/mol·L11.61.60.8

此时___(填“>”、“<”或“=”),当反应达到平衡状态时,混合气体中CH3OH体积分数V(CH3OH)%=_____%。
(4)在某压强下,反应III在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6 mol CO2和12 mol H2充入3 L的密闭容器中,10 min后反应达到平衡状态,则0-10 min内的平均反应速率V(CH3OCH3)=____

(5)恒压下将CO2和氏按体积比1:3混合,在不同催化剂作用下发生反应I和反应III,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如下图。
其中:CH3OH的选择性=×100%

①温度高于230℃,CH3OH产率随温度升高而下降的原因是________
②在上述条件下合成甲醇的工业条件是_________
A. 230℃ B. 210℃ C.催化剂CZT D.催化剂CZ(Zr-1)T
工业的快速发展消耗了大量不可再生能源,显著增加了CO2的排放,为了实现双碳目标,需要降低CO2的排放。利用二氧化碳-甲烷干气重整技术(Dry Reforming of Methane,DRM)可以实现碳捕捉、利用及封存,同时生成燃料气CO和H2,相关反应如下:
反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)     ΔH1
反应Ⅱ:H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)     ΔH2=+41.16kJ/mol
反应Ⅲ:CH4(g)C(s)+2H2(g)     ΔH3=+74.87kJ/mol
反应Ⅳ:2CO(g)CO2(g)+C(s)     ΔH4=-172.47kJ/mol
(1)能量转化与反应方向研究
①根据上述相关反应,请计算出反应Ⅰ的ΔH1=___________kJ/mol。
②已知反应Ⅰ的ΔS=270.0J·mol-1·K-1,请通过计算判断该反应在298K的条件下能否正向自发进行,并说明理由(ΔG的单位:kJ·mol-1,计算结果保留两位小数,不考虑温度对ΔS、ΔH的影响):___________
(2)只考虑反应Ⅰ,以进料比为1:1的CH4和CO2混合气体为起始投料,在恒温恒压的密闭容器中反应。下列说法正确的是___________。
A.反应平衡时,向容器内充入一定量的惰性气体(不会参与反应),平衡不会移动;
B.反应平衡时,向容器内充入一定量进料比为1:1的CH4和CO2混合气体,再次达到平衡时,H2的体积分数不会发生改变;
C.在单位时间内消耗了0.1molCH4,同时又生成了0.1molCO2,则反应达到平衡状态;
D.反应平衡时向容器中投入少量CO2,平衡向正反应方向移动,值减小。
(3)主反应(反应Ⅰ)需要使用催化剂来提高反应速率,其原理是___________
(4)一定条件下,CH4的裂解反应(反应Ⅲ)会导致积碳的形成,根据反应Ⅲ、Ⅳ,以下能够有效减少积碳的措施有:___________。
A.升温B.降温C.减压D.选用适宜的催化剂
(5)只考虑反应Ⅰ和反应Ⅱ,在刚性密闭容器中,进料比n(CO2)/n(CH4)分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态,甲烷的质量分数随温度变化的关系如图甲所示,回答下列问题:
①曲线a对应的n(CO2)/n(CH4)=___________
②在800℃、101kPa时,按投料比n(CO2)/n(CH4)=1.0加入刚性密闭容器中,达平衡时甲烷的转化率为90%,二氧化碳的转化率为95%,则反应Ⅱ的平衡常数K=___________(计算结果保留两位有效数字)。

丙烯是一种重要的化工原料,可通过丙烷催化脱氢技术(PDH)或丙烷氧化脱氢(DOHP)得到,同时会生成甲烷、乙烷、乙烯等副产物﹑其中(PDH)涉及的主反应和部分副反如下:
              反应Ⅰ
              反应Ⅱ
              反应Ⅲ
请回答下列问题。
(1)的反应热_______
(2)在一定温度下,向2L的刚性密闭容器中充入5mol (g),容器中只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,下列选项能说明体系达到平衡状态的是_______(填标号)。
A.容器中的压强不再改变                                      B.混合气体的密度不再改变
C.甲烷与乙烯的物质的量之比不再改变                  D.丙烷与氢气的物质的量之比不再改变
若反应5min后体系达平衡状态﹐此时丙烷的平衡转化率为60%,氢气与甲烷的物质的量之比为2∶1,则5min内反应Ⅰ的平均速率_______,该温度下反应Ⅱ的平衡常数K=_______mol/L。
(3)DOHP可大规模应用于页岩气生产丙烯,表是在原料气组成一定、流速一定的情况下,两种不同的催化剂B/S-1和对DOHP中一些主要数据的影响:
催化剂温度/℃丙烷转化率/%丙烯选择性/%乙烯选择性/%
B/S-14805.360.925.7
54023.855.427.2
56041.454.926.3
4800.648.221.3
5401.952.523.8
5608.556.624.9
从数据判断,催化效果较好的催化剂是_______,工业生产时应控制的合适温度是_______℃。
(4)已知丙烷氧化脱氢法的主要反应为:   ,在催化剂作用下,氧化脱氢除生成外,还生成CO、等物质。的转化率和的产率随温度变化关系如图所示。

①在550℃时,的选择性为_______。(保留1位小数)(的选择性)。
的选择性:550℃_______575℃(填“大于”或“小于”)。

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