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為了實(shí)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(diǎn)。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(guò)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(gè)基元反應(yīng),分別為過(guò)程1:甲烷逐步脫氫,過(guò)程2:CO2的活化(包括直接活化和氫誘導(dǎo)活化),過(guò)程3:C*和CH*的氧化,過(guò)程4:擴(kuò)散吸附反應(yīng)。其反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。

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(guò)程3的最終產(chǎn)物為
CO*
CO*
,過(guò)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(guò)程的能量變化如圖2所示:

①甲烷脫氫過(guò)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(guò)程的脫氫速率分別為v1、v2、v3,則脫氫速率由大到小的順序?yàn)?
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(duì)催化劑造成的不良影響,請(qǐng)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(guò)程中發(fā)生副反應(yīng)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H>0,T℃時(shí),在恒壓反應(yīng)器中,通入2molCH4和1molCO2,總壓強(qiáng)為p0,平衡時(shí)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(shuō)法正確的是
CD
CD
(填標(biāo)號(hào))。
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=
8
p
0
23
+
P
2
×
8
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-
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-
P
(列出計(jì)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(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:70引用:4難度:0.5
相似題
  • 1.氫氣最早于16世紀(jì)被人工制取出來(lái),氫氣是一種清潔能源。
    (1)利用光伏電池電解水制H2是氫能的重要來(lái)源。已知:H-H鍵、O=O鍵、H-O鍵的鍵能依次為436kJ?mol-1、495kJ?mol-1、463kJ?mol-1。則2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)△H=
     
    kJ?mol-1。
    (2)T1℃時(shí),向5L恒容密閉容器中充入0.5molCH4,只發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)?C2H4(g)+2H2(g),達(dá)到平衡時(shí),測(cè)得c(C2H4)=2c(CH4),CH4的轉(zhuǎn)化率為
     
    ;保持其他條件不變,溫度改為T(mén)2℃,經(jīng)25s后達(dá)到平衡,測(cè)得c(CH4)=2c(C2H4),則0~25s內(nèi)v(C2H4)=
     
    mol?L-1?s-1。
    (3)CH4分解時(shí)幾種氣體的平衡分壓(pPa)的對(duì)數(shù)值lgp與溫度的關(guān)系如圖所示。

    ①T℃時(shí),向一恒容密閉容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)?C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
     
    (填“>”或“<”)0,此時(shí)的平衡常數(shù)Kp=
     
    (用平衡分壓代替濃度進(jìn)行計(jì)算)Pa2。
    ②若只改變一個(gè)反應(yīng)條件使Kp變大,則該條件是
     
    (填標(biāo)號(hào))。
    A.減小C2H2的濃度
    B.升高溫度
    C.增大壓強(qiáng)
    D.加入合適的催化劑
    (4)工業(yè)上,以KNH2和液氨為電解質(zhì),以石墨為電極,電解液氨制備H2。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為
     
    ,一段時(shí)間后陰、陽(yáng)兩極收集到的氣體質(zhì)量之比為
     

    發(fā)布:2025/1/4 8:0:1組卷:9引用:3難度:0.5
  • 2.反應(yīng) 4A(g)+5B(g)?4C(g)+6D(g)在 5L 的密閉容器中進(jìn)行,半分鐘后,C 的物質(zhì)的量增 加了 0.30mol。下列敘述正確的是( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/12/30 19:30:2組卷:62引用:6難度:0.6
  • 3.將等物質(zhì)的量的A、B混合于2L的密閉容器中,發(fā)生如下反應(yīng):3A(g)+B(g)?xC(g)+2D(g),經(jīng)5min后,測(cè)得D的濃度為0.5mol/L,c(A):c(B)=3:5,C的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L?min).求:
    (1)此時(shí)A的濃度c(A)=
     
    mol/L,反應(yīng)開(kāi)始前容器中的A、B的物質(zhì)的量:n(A)=n(B)=
     
    mol;
    (2)B的平均反應(yīng)速率v(B)=
     
    mol/(L?min);
    (3)x的值為
     

    發(fā)布:2024/12/30 19:0:1組卷:163引用:26難度:0.3
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