解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷26
随着煤和石油等不可再生能源的日益枯竭，同时在“碳达峰”与“碳中和”可持续发展的目标下，作为清洁能源的天然气受到了广泛的关注。甲烷干重整反应(DRM)可以将两种温室气体(
和
)直接转化为合成气(主要成分为CO和
)，兼具环境效益和经济效益。
(1)已知：、CO和的燃烧热(ΔH)分别为
、
和
。写出甲烷干重整反应的热化学方程式：___________ 。
(2)甲烷干重整过程中可能存在反应：
R1：
(主反应)
R2：
R3：
R4：
R5：
①下图表示R1反应中___________ (填化学式)固体的晶胞结构。
(K为各反应的平衡常数)与温度的关系如图所示。___________ (填“升高温度”或“降低温度”)，简述判断的理由：___________ 。
(3)在
、进料配比
、温度为500～1000℃的条件下，甲烷干重整过程中甲烷的转化率、的转化率和积碳率随着温度变化的规律如图所示。___________ ℃。
②在最佳温度、p压强下，向某2L的恒容密闭容器中加入2mol和2mol ，设只发生R1、R2两个反应。达平衡后，测得容器中CO的浓度为1.4
，的转化率为90%，则此时R1反应的压强平衡常数
___________ (保留两位有效数字，压强平衡常数用各组分的平衡分压代替物质的量浓度进行计算，平衡分压=物质的量分数×平衡总压强)。
(4)恒容绝热条件下仅发生主反应时，下列情况能说明该反应达到平衡状态的有___________(填标号)。
(5)合成气可以用于生成甲醇，在容积为2L的恒容密闭容器中加入2mol和1mol CO，发生反应
(未配平)，各组分的物质的量随时间的变化如图所示。
___________ 
；15min时改变的条件不可能是___________ (填标号)。
A．充入 B．充入CO C．通入惰性气体
和)直接转化为合成气(主要成分为CO和)，兼具环境效益和经济效益。(1)已知：
、CO和的燃烧热(ΔH)分别为、和。写出甲烷干重整反应的热化学方程式：(2)甲烷干重整过程中可能存在反应：
R1：
(主反应)R2：
R3：
R4：
R5：
①下图表示R1反应中
(K为各反应的平衡常数)与温度的关系如图所示。
(3)在
、进料配比、温度为500～1000℃的条件下，甲烷干重整过程中甲烷的转化率、的转化率和积碳率随着温度变化的规律如图所示。
②在最佳温度、p压强下，向某2L的恒容密闭容器中加入2mol
和2mol ，设只发生R1、R2两个反应。达平衡后，测得容器中CO的浓度为1.4，的转化率为90%，则此时R1反应的压强平衡常数(4)恒容绝热条件下仅发生主反应时，下列情况能说明该反应达到平衡状态的有___________(填标号)。
| A．和的转化率相等 | B． |
| C．的体积分数保持不变 | D．体系的温度不再变化 |
(5)合成气可以用于生成甲醇，在容积为2L的恒容密闭容器中加入2mol
和1mol CO，发生反应(未配平)，各组分的物质的量随时间的变化如图所示。
；15min时改变的条件不可能是A．充入
B．充入CO C．通入惰性气体2024·甘肃白银·模拟预测
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和
既是温室气体又是丰富的碳基资源。甲烷与二氧化碳重整反应是制合成气(
)的有效途径之一。合成气可用于二甲醚合成、羰基合成、费托合成等。因此，具有较好的市场前景。
(1)已知在
、298K条件下，各物质燃烧热数据如下表：
则甲烷与二氧化碳重整反应制合成气的热化学方程式为：________________ ；
(2)在T℃时，向容积为2L的刚性容器中充入
和
。反应体系中
的物质的量随时间变化关系如下表：
①20min时，
________ ；当反应进行到60min时，
________ 20min时
的大小关系(填“＜”、“=”或“＞”)；反应进行到60min时，下列能够提高平衡时合成气产率的措施有：_______________________ 。
A．将反应时间延长至150min B．移除一部分合成气
C．适当提高反应升高温度 D．改用高效催化剂
②反应进行到下列各图的p点时，能够说明该反应达到平衡状态的是：___________ 。
A.
B.
C.
D.
③已知：p(H2)、p(CO)、p(CH4)和p(CO2)为各组分的平衡分压(气体分压p=气体总压p总×体积分数)，p总为平衡总压。若开始测得反应体系的压强为3.0Mpa，则合成气反应达到平衡状态时Kp=________ 。(结果保留一位小数)
(3)由于原料气的
比较高，催化剂易结焦，特别是高温反应时积碳严重，影响了此过程大规模工业化的应用。某科研小组研究了Sr助剂对10%
催化剂性能的影响如表1所示，请判断催化剂上Sr助剂的最佳质量含量为________ (横坐标表示Sr助剂的质量含量)，判断的理由是________________ (写出两点)
(4)如图所示，以为燃料气，高温电化学法制备合成气的发电系统中，
在电场作用下，通过氧化物电解质中氧空位迁移到负极，与发生氧化还原反应。试用电极反应方程式表示负极发生反应的总过程：___________________________________ 。
对甲烷和的高效利用不仅能缓解大气变暖，而且对日益枯竭的石油资源也有一定的补充作用，甲烷临氧耦合重整反应有：
反应(ⅰ)：
kJ⋅mol
反应(ⅱ)：
kJ⋅mol
(1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式：___________ 。
(2)在两个体积均为1 L的恒容密闭容器中，起始时按表中相应的量加入物质，在相同温度下进行反应(ⅱ)：(不发生其它反应)，的平衡转化率如下表所示：
①下列能说明反应达到平衡状态是___________ 。
A．
B．容器内各物质的浓度满足
C．容器内混合气体的总压强不再变化
D．容器内混合气体密度保持不变
②上述反应达到平衡后，下列变化一定能使平衡向正向移动的是___________
A．恒容通入惰性气体使容器内压强增大 B．正反应速率加快
C．平衡常数K变大 D．增大催化剂表面积
③若容器Ⅰ内反应从开始到平衡所用的时间为t min，则t min内该反应的平均反应速率为：___________ (用含t的表达式表示)。
④达到平衡时，容器Ⅰ、Ⅱ内CO的物质的量的关系满足：
___________ 
(填“>”、“=”或“<”)。
(3)将
和
以物质的量比为4∶3充入盛有催化剂的恒容密闭容器内，发生上述反应(ⅰ)：，测得相同时间CO的体积分数[
]与温度(T)的关系如图如示。
①
°C时，CO体积分数最大的原因是___________ 。
②若℃时，容器内起始压强为
，平衡时CO的体积分数为20%，则反应的平衡常数___________ (用平衡分压强代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
的高效利用不仅能缓解大气变暖，而且对日益枯竭的石油资源也有一定的补充作用，甲烷临氧耦合重整反应有：反应(ⅰ)：
kJ⋅mol反应(ⅱ)：
kJ⋅mol(1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式：
(2)在两个体积均为1 L的恒容密闭容器中，起始时按表中相应的量加入物质，在相同温度下进行反应(ⅱ)：
(不发生其它反应)，的平衡转化率如下表所示：| 起始物质的量(n)/mol | 的平衡转化率 | ||||
| | CO | | ||
| Ⅰ | 0.1 | 0.1 | 0 | 0 | 50% |
| Ⅱ | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | / |
A．
B．容器内各物质的浓度满足
C．容器内混合气体的总压强不再变化
D．容器内混合气体密度保持不变
②上述反应达到平衡后，下列变化一定能使平衡向正向移动的是
A．恒容通入惰性气体使容器内压强增大 B．正反应速率加快
C．平衡常数K变大 D．增大催化剂表面积
③若容器Ⅰ内反应从开始到平衡所用的时间为t min，则t min内该反应的平均反应速率为：
④达到平衡时，容器Ⅰ、Ⅱ内CO的物质的量的关系满足：
(填“>”、“=”或“<”)。(3)将
和以物质的量比为4∶3充入盛有催化剂的恒容密闭容器内，发生上述反应(ⅰ)：，测得相同时间CO的体积分数[]与温度(T)的关系如图如示。①
°C时，CO体积分数最大的原因是②若
℃时，容器内起始压强为，平衡时CO的体积分数为20%，则反应的平衡常数 对甲烷和CO2的高效利用不仅能缓解大气变暖，而且对日益枯竭的石油资源也有一定的补充作用，甲烷临氧耦合CO2重整反应有：
反应(i)：2CH4(g)＋O2(g)⇌2CO(g)＋4H2(g)△H=－71.4kJ•mol-1
反应(ii)：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)△H=+247.0 kJ•mol-1
(1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式：_____ 。
(2)在两个体积均为2L的恒容密闭容器中，起始时按表中相应的量加入物质，在相同温度下进行反应(ii)：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g) (不发生其它反应)，CO2的平衡转化率如表所示：
①下列条件能说明反应达到平衡状态的是_____ 。
A.v正(CH4) =2v逆(CO)
B.容器内各物质的浓度满足c(CH4)·c(CO2)=c2(CO)·c2(H2)
C.容器内混合气体的总压强不再变化
D.容器内混合气体密度保持不变
②达到平衡时，容器Ⅰ、Ⅱ内CO的物质的量的关系满足：2n(CO)Ⅰ_____ n(CO)Ⅱ(填“＞”、“＝”或“＜”)
(3)将一定量的甲烷和氧气混合完成反应(i)，其他条件相同，在甲、乙两种不同催化剂作用下，相同时间内测得CH4转化率与温度变化关系如图所示。c点_____ (填“可能”、“一定”或“一定未”)达到平衡状态，理由是_____ 。
(4)CO2也可通过催化加氢合成乙醇，其反应原理为：2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H5OH(g)+3H2O(g)∆H<0。设m为起始时的投料比，即m= n(H2)/ n(CO2)。通过实验得到下列图象：
图1
图2
图3
①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为_________ 。
②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为_________ 。
③图3表示在总压为5 MPa的恒压条件下，且m=3时，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。T4温度时，该反应压强平衡常数KP的计算式为_________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，代入数据，不用计算)。
反应(i)：2CH4(g)＋O2(g)⇌2CO(g)＋4H2(g)△H=－71.4kJ•mol-1
反应(ii)：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)△H=+247.0 kJ•mol-1
(1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式：
(2)在两个体积均为2L的恒容密闭容器中，起始时按表中相应的量加入物质，在相同温度下进行反应(ii)：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g) (不发生其它反应)，CO2的平衡转化率如表所示：
| 容器 | 起始物质的量(n) / mol | CO2的平衡转化率 | |||
| CH4 | CO2 | CO | H2 | ||
| Ⅰ | 0.1 | 0.1 | 0 | 0 | 50％ |
| Ⅱ | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | / |
A.v正(CH4) =2v逆(CO)
B.容器内各物质的浓度满足c(CH4)·c(CO2)=c2(CO)·c2(H2)
C.容器内混合气体的总压强不再变化
D.容器内混合气体密度保持不变
②达到平衡时，容器Ⅰ、Ⅱ内CO的物质的量的关系满足：2n(CO)Ⅰ
(3)将一定量的甲烷和氧气混合完成反应(i)，其他条件相同，在甲、乙两种不同催化剂作用下，相同时间内测得CH4转化率与温度变化关系如图所示。c点
(4)CO2也可通过催化加氢合成乙醇，其反应原理为：2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H5OH(g)+3H2O(g)∆H<0。设m为起始时的投料比，即m= n(H2)/ n(CO2)。通过实验得到下列图象：
图1
图2图3①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为
②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为
③图3表示在总压为5 MPa的恒压条件下，且m=3时，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。T4温度时，该反应压强平衡常数KP的计算式为
和既是温室气体又是丰富的碳基资源。甲烷与二氧化碳重整反应是制合成气()的有效途径之一。合成气可用于二甲醚合成、羰基合成、费托合成等。因此，具有较好的市场前景。(1)已知在
、298K条件下，各物质燃烧热数据如下表：| 物质(g) | |  | | |
燃烧热( ) | -890.0 | -283.0 | -285.0 | 0 |
则甲烷与二氧化碳重整反应制合成气的热化学方程式为：
(2)在T℃时，向容积为2L的刚性容器中充入
和。反应体系中的物质的量随时间变化关系如下表：| 时间/min | 0 | 20 | 50 | 60 | 100 |
 | 0.5 | 0.48 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
①20min时，
；当反应进行到60min时，的大小关系(填“＜”、“=”或“＞”)；反应进行到60min时，下列能够提高平衡时合成气产率的措施有：A．将反应时间延长至150min B．移除一部分合成气
C．适当提高反应升高温度 D．改用高效催化剂
②反应进行到下列各图的p点时，能够说明该反应达到平衡状态的是：
A.
B. C. D.③已知：p(H2)、p(CO)、p(CH4)和p(CO2)为各组分的平衡分压(气体分压p=气体总压p总×体积分数)，p总为平衡总压。若开始测得反应体系的压强为3.0Mpa，则合成气反应达到平衡状态时Kp=
(3)由于原料气的
比较高，催化剂易结焦，特别是高温反应时积碳严重，影响了此过程大规模工业化的应用。某科研小组研究了Sr助剂对10%催化剂性能的影响如表1所示，请判断催化剂上Sr助剂的最佳质量含量为 (4)如图所示，以
为燃料气，高温电化学法制备合成气的发电系统中，在电场作用下，通过氧化物电解质中氧空位迁移到负极，与发生氧化还原反应。试用电极反应方程式表示负极发生反应的总过程： 组卷网是一个信息分享及获取的平台，不能确保所有知识产权权属清晰，如您发现相关试题侵犯您的合法权益，请联系组卷网
