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解答题-原理综合题 较难0.4 引用2 组卷379
和催化重整制合成气（、）有利于实现碳中和，涉及反应如下：
I：
Ⅱ：
Ⅲ：
Ⅳ：
回答下列问题：
(1)已知、的燃烧热分别为，，则=______kJ·mol⁻¹，______0（填“>”“<”或“=”）。
(2)将一定体积和投入密闭容器中，反应Ⅰ在不同条件下达到平衡（反应Ⅱ、Ⅲ、IV可忽略）。设体系中甲烷的物质的量分数为，在T=610℃下的、在下的如图甲所示。图中对应等温过程的曲线是______，处于相同化学平衡状态的点是______。

(3)在恒压p=100kPa、初始投料的条件下，、发生上述反应达平衡时气体物质的量随温度的变化如图乙所示。

①曲线表示的物质是______（填化学式），625℃时积碳物质的量为______kmol，反应Ⅲ的压强平衡常数=______。
②下列说法正确的是______。
A．平衡后，移除部分积碳，Ⅲ和Ⅳ均向右移
B．保持其他条件不变，升温积碳量逐渐减小
C．温度一定时，增大投料比，有利于减少积碳
D．温度一定时，增大投料比，则将增大
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知识点：盖斯定律与热化学方程式化学平衡状态的判断方法压强对化学平衡移动的影响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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我国力争2060年前实现碳中和。CH4与CO2催化重整是实现碳中和的热点研究课题。该催化重整反应体系主要涉及以下反应：
反应I：主反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1 Kp1
反应II：副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 Kp2
反应III：积碳反应2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH3 Kp3
反应IV：积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH4 Kp4
(1)已知H2(g)、CO(g)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0lkJ·mol-1，H2O(l)= H2O(g) ΔH5=+44kJ·mol-1，则反应II的ΔH2=____kJ·mol-1。
(2)设Kp为分压平衡常数(用分压代替浓度，气体分压=总压×该组分的物质的量分数)，反应III、IV的lgKp随(T表示温度)的变化如图所示。据图判断，反应I的ΔH1_____0(选填“大于”、“小于”或“等于”)，说明判断的理由____。

(3)下列关于该重整反应体系的说法正确的是____。
A．在投料时适当增大的值，有利于减少积碳
B．在一定条件下建立平衡后，移去部分积碳，反应III和反应IV平衡均向右移
C．随着投料比的增大，达到平衡时CH4的转化率增大
D．降低反应温度，反应I、II、IV的正反应速率减小，逆反应速率增大；反应III的正反应速率增大，逆反应速率减小
(4)在一定条件下的密闭容器中，按照=1加入反应物，发生反应I(反应II、III、IV可忽略)。在不同条件下达到平衡，设体系中平衡状态下甲烷的物质的量分数为x(CH4)，在T=800℃下的x(CH4)随压强P的变化曲线、在P=100kPa下的x(CH4)随温度T的变化曲线如图所示。

①图中对应T=800℃下，x(CH4)随压强P的变化曲线是____，判断的理由是____。
②若x(CH4)=0.1.则CO2的平衡转化率为____。
甲醇是重要的化工基础原料和清洁液体燃料，工业上可利用CO或CO2来生产甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如表所示：
化学反应平衡常数温度/
500800
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)K12.50.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)K21.02.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)K3

(1)在恒容密闭容器中发生反应②，达到平衡后升高温度，下列说法正确的是_______。
a.平衡正向移动       b.混合气体的平均相对分子质量增大       c.CO2的转化率增大
(2)K1、K2、K3的关系是：K3=_______。
(3)500℃时测得反应③在某时刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol/L)分别为0.2、0.1、0.01、0.2，则此时v正_______v逆(填“>”“=”或“＜”)。
(4)某温度下在恒容密闭容器中发生反应①，若开始加入2mol/LH2和1mol/LCO，达到平衡时，H2的平衡转化率为80%，则此温度下，该反应的化学平衡常数为_______。
(5)相同温度下，在甲、乙两个容积相等的恒容密闭容器中，投入H2和CO2，发生反应②，起始浓度如表所示。其中甲经2min达平衡，平衡时c(H2O)=0.05mol/L，甲中CO2的转化率为_______，乙中CO2的转化率_______(填“大于”、“等于”或“小于”)甲。
起始浓度甲乙
c(H2)/mol/L0.100.20
c(CO2)/mol/L0.100.20

(6)在CO合成甲醇过程中，将10molCO与20molH2充入一容积可变的密闭容器中，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是_______(填字母)。
A．合成甲醇的反应为吸热反应
B．压强为p1>p2
C．A、B、C三点的平衡常数为KA=KB>KC
D．若达平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积也为10L
(7)工业上可利用CO或CO2来生产甲醇可能会产生积碳现象。如图表示不同温度条件下，反应Ⅰ：发生后的汽气比(水蒸气与CO物质的量之比)与CO平衡转化率的变化关系。

①判断和由大到小的关系为_______；
②若经反应I发生后的汽气比为0.8，所得混合气体经反应II后，得到CO与H2的物质的量之比为，则反应II：应选择的温度是_______(填“”、“”或“”)。
CO2-CH4干气重整是碳捕集、利用及封存框架内一种典型的低碳过程。其反应主要包括：       
反应Ⅰ．CH4(g)＋CO2(g)⇌2H2(g)＋2CO(g)   △H1=＋247.34 kJ·mol-1
反应Ⅱ．H2(g)＋CO2(g)⇌H2O(g)＋CO(g)   △H2
回答下列问题：
(1)已知CO(g)、H2(g)的燃烧热分别为282.87 kJ·mol-1和285.8 kJ·mol-1，水的汽化热为44 kJ·mol-1，则△H2=_______；任写一种能提高CH4平衡转化率并能提高反应速率的操作：_______。
(2)T℃、在压强为0.1 MPa的恒压密闭容器中，充入1 mol CH4和1 mol CO2发生“反应Ⅰ”和“反应Ⅱ”，达到平衡时，CO2的转化率为80%，CO的物质的量分数减去H2的物质的量分数等于12.5%，则反应Ⅰ的分压平衡常数Kp=_______MPa2(保留2位有效数字)，若将容器换为容积一定的刚性容器，反应达到平衡时，CO2的转化率_______(填“>”“=”或“＜”)80%。
(3)实验研究发现，CO2-CH4干气重整过程中，催化剂表面积碳的产生与下列反应有关：
反应Ⅲ．CH4(g)⇌C(s)＋2H2(g)   △H3=＋74.87 kJ·mol-1
反应Ⅳ．2CO(g)⇌CO2(g)＋C(s)   △H4=-172.47 kJ·mol-1
①已知△G=△H-T△S，△G的值只取决于反应体系的始态和终态，忽略△H、△S随温度的变化，积碳反应的△G与T的关系如图甲所示，其中表示反应Ⅲ的曲线为_______(填“a”或“b”)，催化剂表面始终存在积碳的原因为_______。

②实验表明，反应温度、压强和初始投料比n(CH4)/n(CO2)对催化剂表面积碳生成量的影响如图乙和丙所示。则有利于减少积碳量的操作为_______(填选项字母)；解释图丙中初始投料比和温度一定时，积碳量随压强变化的可能原因：_______。

                                      乙                                                                                                 丙
A．压强一定时，增大n(CH4)/n(CO2)且升高温度
B．n(CH4)/n(CO2)一定时，升高温度且减小压强
C．温度一定时，增大n(CH4)/n(CO2)且增大压强
D．温度一定时，减小n(CH4)/n(CO2)且减小压强

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