CH4-CO2重整能獲得氫能，同時能高效轉(zhuǎn)化溫室氣體。
（1）CH4-CO2重整反應的熱化學方程式為
反應Ⅰ：CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）ΔH1
反應Ⅱ：H2（g）+CO2（g）═CO（g）+H2O（g）ΔH2=41kJ?mol-1
反應Ⅲ：CH4（g）═C（s）+2H2（g）ΔH2=75kJ?mol-1
1.01×105Pa下，將n起始（CO2）：n起始（CH4）=1：1的混合氣體置于密閉容器中，不同溫度下重整體系中，平衡時各組分的物質(zhì)的量分數(shù)如圖1所示。
①CH4-CO2重整的主反應為 反應Ⅰ反應Ⅰ（填“反應Ⅰ”、“反應Ⅱ”或“反應Ⅲ”），判斷的理由是 H2O的物質(zhì)的量分數(shù)非常小H2O的物質(zhì)的量分數(shù)非常小。
②450～750℃時，平衡體系中CH4物質(zhì)的量分數(shù)比CO2略大的原因是 CO和H2的物質(zhì)的量分數(shù)比較大，且比較接近②反應Ⅱ消耗CO2的量大于反應Ⅲ消耗CH4的量CO和H2的物質(zhì)的量分數(shù)比較大，且比較接近②反應Ⅱ消耗CO2的量大于反應Ⅲ消耗CH4的量。
（2）CH4-CO2重整過程中的積碳是反應催化劑失活的主要原因。積碳反應除反應Ⅲ外，還發(fā)生反應Ⅳ：2CO（g）═C（s）+CO2（g）ΔH4=-172kJ?mol-1積碳反應能迅速到達平衡狀態(tài)。CH4-CO2重整反應中1g催化劑上產(chǎn)生的積碳的質(zhì)量與溫度的關系如圖2所示。
①ΔH=+247+247kJ?mol-1。
②溫度低于700℃時，積碳的質(zhì)量隨溫度的升高而增多的原因是 溫度低于700℃時，溫度升高有利于反應Ⅲ進行，不利于反應Ⅳ，且溫度對反應Ⅲ的影響大于對反應Ⅳ的影響溫度低于700℃時，溫度升高有利于反應Ⅲ進行，不利于反應Ⅳ，且溫度對反應Ⅲ的影響大于對反應Ⅳ的影響。
（3）在催化劑a和催化劑b分別作用下，CH4-CO2重整反應相同時間，控制其他條件相同，催化劑表面均產(chǎn)生積碳。對附著積碳的催化劑a和催化劑b在空氣中加熱以除去積碳（該過程催化劑不發(fā)生反應），固體的質(zhì)量變化如圖3所示。則重整反應中能保持較長時間催化活性的是 催化劑b催化劑b（填“催化劑a”或“催化劑b”），判斷的理由是 剩余固體的質(zhì)量與原始固體質(zhì)量的比值越大，說明催化劑表面的積碳質(zhì)量越小，催化活性保持時間就越長，催化劑b的剩余固體的質(zhì)量與原始固體質(zhì)量的比值大于催化劑a剩余固體的質(zhì)量與原始固體質(zhì)量的比值越大，說明催化劑表面的積碳質(zhì)量越小，催化活性保持時間就越長，催化劑b的剩余固體的質(zhì)量與原始固體質(zhì)量的比值大于催化劑a。
【答案】反應Ⅰ；H2O的物質(zhì)的量分數(shù)非常小；CO和H2的物質(zhì)的量分數(shù)比較大，且比較接近②反應Ⅱ消耗CO2的量大于反應Ⅲ消耗CH4的量；+247；溫度低于700℃時，溫度升高有利于反應Ⅲ進行，不利于反應Ⅳ，且溫度對反應Ⅲ的影響大于對反應Ⅳ的影響；催化劑b；剩余固體的質(zhì)量與原始固體質(zhì)量的比值越大，說明催化劑表面的積碳質(zhì)量越小，催化活性保持時間就越長，催化劑b的剩余固體的質(zhì)量與原始固體質(zhì)量的比值大于催化劑a
【解答】
【點評】
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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：35引用：1難度：0.6
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