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解答题-原理综合题 适中0.65 引用2 组卷188
氢能源是最具应用前景的能源之一。甲烷-水蒸气催化重整制氢(SMR)是一种制高纯氢的方法之一,其涉及的主要反应如下:
反应Ⅰ: 
反应Ⅱ: 
反应Ⅲ: 
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ能自发进行的条件是___________
(2)一定温度下,向某容积为1L的恒容容器中按照水碳比[]充入,tmin后反应达到平衡。达到平衡时,容器中CO为mmol,为nmol。
①下列说法不正确的是___________
A.为防止催化剂中毒和安全事故发生,需对原料气进行脱硫等净化处理
B.提高水碳比[],有利于提高的产率
C.升高温度有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动,温度越高越好
D.以作催化剂,降低反应活化能,提高反应速率和原料利用率
②反应Ⅲ的平衡常数___________ (用含a,m,n的代数式表示)。
(3)650℃(局部温度过高会造成积碳)、按照一定流速通入原料气,当水碳比[]一定时,催化剂中无添加吸附剂和添加吸附剂(吸收),各气体组分反应的平衡含量与时间的关系如图所示:

①催化剂中添加吸附剂与无添加吸附剂比较,的平衡含量升高,、CO和的平衡含量降低;的平衡含量降低,、CO和的平衡含量升高,最后与无添加吸附剂时的含量相同,可能的原因是___________
②实验时发现的平衡含量低于理论平衡值,CO的平衡含量高于理论平衡值,可能的原因是___________。(用化学反应方程式表示)
(4)该反应常采用钯膜分离技术(可选择性地让某气体通过而离开体系),其机理如图所示,其中过程2:,其活化能;过程3:H*在钯膜内的迁移速率是决速步骤(*表示物质吸附在催化剂表面),下列说法不正确的是___________。
A.钯膜对分子的透过具有选择性
B.过程4的
C.采用钯膜分离技术可以提高原料的利用率
D.常用将过程5中的吹扫出反应器,增大钯膜两侧的压强差,提高过程1、3速率而促进反应
23-24高三上·浙江·期中
知识点:盖斯定律与热化学方程式催化剂对化学反应速率的影响化学平衡的移动及其影响因素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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氢气作为新能源,广泛应用于能源、化学等领域。现阶段氢气主要通过天然气重整的方式进行工业生产。发生的化学方程式如下:
反应I CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206 kJ/mol
反应Ⅱ     CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41 kJ/mol
副反应 CH4(g)C(s)+2H2(g) △H3=+75 kJ/mol
(1)①若仅发生反应I,为提高CH4的平衡转化率,宜采用的反应条件为_________
A.高温高压          B.低温低压          C.高温低压        D.低温高压
②某研究小组在一定条件下往恒温恒容的密闭容器中通入一定量的甲烷和水蒸气,实验过程中发现CO2的产率远大于CO的产率,请解释可能的原因________________
(2)在实际生产过程中,科学家发现使用Ni作为催化剂(当Ni表面吸附大量碳时,会导致催化剂活性下降),可加快反应I的反应速率,从而加快整个反应的进行,提高单位时间内H2的产率。
①某恒容体系中,压强为1.3MPa,水/甲烷的物质的量之比为4,反应相同时间,H2的物质的量随反应温度的变化曲线如图所示。

下列说法正确的是__________
A.对反应I而言,KT1>KT2
B.水/甲烷的物质的量之比等于4,大于初始反应的化学计量数之比,有利于促进CH4的转化,同时也有利于CO转化为CO2
C.使用Ni做催化剂,可增加活化分子百分数,从而加快反应速率,其主要原因是提高分子自身所具有的能量
D.若控制其他条件不变,缩小体积,则CH4的平衡转化率将减小
②在某恒温体系中,体积为1L,水/甲烷的物质的量之比等于4,投入CH4的量为l mol,若仅发生上述一系列反应,一段时间后,测得CH4的转化率为a,其中生成CO的选择性(转化的CH4中,生成CO的百分含量)为b,CO2的浓度为c mol/L,求此时H2的物质的量浓度为___________,CO的物质的量浓度为______________
(3)现科学家发现,以Ni-CaO为复合催化剂能在一定程度上促进天然气重整反应的正向进行,使H2体积分数达到95%左右。请从能量利用及平衡移动角度,理论分析以Ni-CaO为复合催化剂的优点_____________________________________________
(4)CH4自身也可做为燃料电池的原料,其工作原理如图所示。

请写出通入甲烷-极的电极反应式为_______________________________________
当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
Ⅰ.二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。
反应①       
反应②       
反应③       
(1)_______;反应③在_______(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
(2)反应①在两种不同催化剂作用下建立平衡过程中,的转化率[]随时间(t)的变化曲线如图1:

活化能大小关系过程Ⅱ_______过程Ⅰ(填“大于”“小于”或“等于”)
(3)按物质的量1:3投料,总物质的量为a mol,在有催化剂的密闭容器中进行反应,测得平衡转化率、和CO选择性(转化的中生成或CO的百分比)随温度、压强变化情况分别如图2、图3所示:

①下列说法正确的是_______(填标号)。
A.升温,反应②的平衡正向移动
B.加压,反应①的平衡正向移动,平衡常数增大
C.及时分离出甲醇和水,循环使用,可提高原料利用率
D.升温,使反应①的选择性降低;加压,对反应②的CO选择性无影响
②250℃时,在体积为V L的容器中,反应①和②达到化学平衡,转化率为25%,和CO选择性均为50%,则该温度下反应②的平衡常数为_______
③如图2:240℃以上,随着温度升高,CO的平衡转化率升高,而的选择性降低,分析其原因_______
Ⅱ.我国科学家研究出在S-In催化剂上实现高选择性、高活性电催化还原制甲酸。
(4)图4表示不同催化剂及活性位上生成的能量变化,图5表示反应历程,其中吸附在催化剂表面的物质用*标注。下列说法正确的是_______(填标号)。
A.经两步转化生成
B.微粒间的静电作用促进了的活化
C.S-In/S表面更容易生成
D.相对能量变化越大,越有利于抑制复合成

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