我國力爭2060年前實現(xiàn)碳中和。CH,與CO
2催化重整是實現(xiàn)碳中和的熱點研究課題。該催化重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng):
反應(yīng)Ⅰ:主反應(yīng)CH
4(g)+CO
2(g)?2CO(g)+2H
2(g)ΔH
1K
p1反應(yīng)Ⅱ:副反應(yīng)CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2K
p2反應(yīng)Ⅲ:積碳反應(yīng)2CO(g)?CO
2(g)+C(s)ΔH
3K
p3反應(yīng)Ⅳ:積碳反應(yīng)CH
4(g)?C(s)+2H
2(g)ΔH
4K
p4(1)已知H
2(g)、CO(g)的燃燒熱ΔH分別為-285.8kJ?mol
-1、-283.01kJ?mol
-1,H
2O(l)═H
2O(g)ΔH
5=+44kJ?mol
-1,則反應(yīng)Ⅱ的ΔH
2=
+41.2
+41.2
kJ?mol
-1。
(2)下列關(guān)于該重整反應(yīng)體系的說法正確的是
AC
AC
。
A.在投料時適當(dāng)增大
的值,有利于減少積碳
B.在一定條件下建立平衡后,移去部分積碳,反應(yīng)Ⅲ和反應(yīng)Ⅳ平衡均向右移
C.隨著投料比
的增大,達到平衡時CH
4的轉(zhuǎn)化率增大
D.降低反應(yīng)溫度,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的正反應(yīng)速率減小,逆反應(yīng)速率增大;反應(yīng)Ⅲ的正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率減小
(3)對于反應(yīng)Ⅰ:主反應(yīng)CH
4(g)+CO
2(g)?2CO(g)+2H
2(g)在pMPa時,將CO
2和CH
4按物質(zhì)的量之比為1:1充入密閉容器中,分別在無催化劑及ZrO
2催化下反應(yīng)相同時間,測得CO
2的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示:
①a點CO
2轉(zhuǎn)化率相等的原因是
溫度較高,催化劑失活
溫度較高,催化劑失活
。
②在pMPa、900℃、ZrO
2催化條件下,將CO
2、CH
4、H
2O按物質(zhì)的量之比為1:1:n充入催化劑密閉容器,CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率α大于50%,解釋說明原因
水蒸氣不參與反應(yīng),相當(dāng)于減壓,平衡向氣體體積增大的方向進行,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大
水蒸氣不參與反應(yīng),相當(dāng)于減壓,平衡向氣體體積增大的方向進行,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大
,此時平衡常數(shù)。K
p=
(以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù):寫出含α、n、p的計算表達式)。
(4)以NaCl飽和溶液為電解質(zhì)溶液,利用如圖所示的裝置將CO
2轉(zhuǎn)化為燃料CO。則電極Ⅱ接電源的
正
正
極,陰極上電極反應(yīng)式為
CO2+2e-+2H+=CO+H2O
CO2+2e-+2H+=CO+H2O
。