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為了實現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo),二氧化碳的高效利用成為研究的熱點。某研究小組采用雙合金團(tuán)簇催化甲烷干法重整法(DRM)取得了良好的效果。已知:CH4、H2、CO的燃燒熱分別為-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol,-283kJ/mol。
(1)甲烷干法重整(DRM)反應(yīng)為CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H,則△H=
+247.3kJ/mol
+247.3kJ/mol
。
(2)通過大量的研究Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni三種雙金屬合金團(tuán)簇可用于催化DRM反應(yīng),在催化劑表面涉及多個基元反應(yīng),分別為過程1:甲烷逐步脫氫,過程2:CO2的活化(包括直接活化和氫誘導(dǎo)活化),過程3:C*和CH*的氧化,過程4:擴(kuò)散吸附反應(yīng)。其反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。
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則CO2的氫誘導(dǎo)活化反應(yīng)方程式為
CO2*+H*=CO*+OH*
CO2*+H*=CO*+OH*
,過程3的最終產(chǎn)物為
CO*
CO*
,過程4發(fā)生擴(kuò)散吸附的微粒為
H*和OH*
H*和OH*

(3)三種催化劑催化甲烷脫氯過程的能量變化如圖2所示:
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①甲烷脫氫過程中最大活化能步驟為
CH3*=CH2*+H*
CH3*=CH2*+H*
。(用反應(yīng)方程式表示)
②Sn12Ni、Pt12Ni、Cu12Ni三種催化劑催化甲烷脫氫過程的脫氫速率分別為v1、v2、v3,則脫氫速率由大到小的順序為
v2>v3>v1
v2>v3>v1
。
③Sn12Ni雙金屬團(tuán)簇具有良好的抗積碳作用,有效抑制碳沉積對催化劑造成的不良影響,請結(jié)合圖示解釋原因:
脫氫反應(yīng)第4步為CH*=C*+H*,發(fā)生該步反應(yīng),三種催化劑中Sn12Ni需要克服的活化能最大,反應(yīng)不易發(fā)生,故產(chǎn)生的積碳較少
脫氫反應(yīng)第4步為CH*=C*+H*,發(fā)生該步反應(yīng),三種催化劑中Sn12Ni需要克服的活化能最大,反應(yīng)不易發(fā)生,故產(chǎn)生的積碳較少
。
(4)已知:甲烷干法重整(DRM)過程中發(fā)生副反應(yīng)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H>0,T℃時,在恒壓反應(yīng)器中,通入2molCH4和1molCO2,總壓強(qiáng)為p0,平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%,H2O的分壓為p。
①關(guān)于上述平衡體系,下列說法正確的是
CD
CD
(填標(biāo)號)。
A.n(CH4):n(CO2)=2:1
B.將H2O(g)液化,可以提高主反應(yīng)的速率
C.若反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行,甲烷轉(zhuǎn)化率小于40%
D.若降低反應(yīng)溫度,主、副反應(yīng)均逆向進(jìn)行
②DRM反應(yīng)的Kp=
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(列出計算式即可,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

【答案】+247.3kJ/mol;CO2*+H*=CO*+OH*;CO*;H*和OH*;CH3*=CH2*+H*;v2>v3>v1;脫氫反應(yīng)第4步為CH*=C*+H*,發(fā)生該步反應(yīng),三種催化劑中Sn12Ni需要克服的活化能最大,反應(yīng)不易發(fā)生,故產(chǎn)生的積碳較少;CD;
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【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:67引用:4難度:0.5
相似題
  • 1.CO2的捕集與轉(zhuǎn)化是當(dāng)今科學(xué)研究的重要課題。以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應(yīng)如下:
    Ⅰ.CO2(g)+C2H6(g)?C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)ΔH=+177kJ?mol-1(主反應(yīng))
    Ⅱ.C2H6(g)?CH4(g)+H2(g)+C(S)ΔH=+9kJ?mol-1(副反應(yīng))
    (1)反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)歷程可分為如下兩步:
    i.C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)ΔH1(反應(yīng)速率較快)
    ii.H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)ΔH2=+41kJ?mol-1(反應(yīng)速率較慢)
    ①ΔH1=
     
    kJ?mol-1
    ②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)對反應(yīng)I速率影響更大,其原因是
     
    。
    (2)向恒壓密閉容器中充入CO2和C2H6合成C2H4,選擇不同溫度對相關(guān)量的影響如圖所示,工業(yè)生產(chǎn)綜合各方面的因素,反應(yīng)選擇800℃的原因是
     
    。
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    (3)在800℃時,
    n
    C
    O
    2
    n
    C
    2
    H
    6
    =
    1
    3
    ,充入一定體積的密閉容器中,在有催化劑存在的條件下,只發(fā)生主反應(yīng),初始壓強(qiáng)為P,一段時間達(dá)到平衡,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和與剩余反應(yīng)物的物質(zhì)的量之和相等,該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=
     
    (用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。計算結(jié)果用最簡分式表示)。
    (4)工業(yè)上用甲烷催化法制取乙烯,只發(fā)生如下反應(yīng):2CH4?C2H4+2H2ΔH>0,溫度T時,向2L的恒容反應(yīng)器中充入2mol CH4,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過程中CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。實驗測得v=kc2(CH4),v=kc(C2H4)?c2(H2),k、k為速率常數(shù),只與溫度有關(guān),則T溫度時
    k
    k
     
    (用含有m的代數(shù)式表示)。
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    (5)我國科學(xué)家使用電化學(xué)的方法(裝置如圖)用C2H6和CO2合成了C2H4
    ①M(fèi)是電源的
     
    極。
    ②陽極電極反應(yīng)式是
     
    。

    發(fā)布:2024/12/17 20:30:1組卷:24引用:2難度:0.6
  • 2.一定條件下,可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù).在恒溫恒壓條件下,總壓不變,用平衡分壓計算平衡常數(shù)更方便.下列說法不正確的是( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/12/21 8:0:2組卷:134引用:1難度:0.7
  • 菁優(yōu)網(wǎng)3.工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO,以氨氣、氧氣為原料,在Pt-Rh合金催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N2,兩個競爭反應(yīng)化學(xué)方程式如下:
    Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)
    Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)?2N2(g)+6H2O(g)
    現(xiàn)將1molNH3、1.45molO2充入1L恒容密閉容器中,在上述催化劑作用下反應(yīng),相同時間內(nèi)有關(guān)生成物物質(zhì)的量隨溫度變化曲線如圖所示。
    已知:有效轉(zhuǎn)化率=
    制備目標(biāo)物質(zhì)消耗原料的量
    原料總的轉(zhuǎn)化量
    ×100%
    下列說法不正確的是( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/12/17 0:30:2組卷:81引用:5難度:0.5
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