甲烷的轉化和利用在天然氣化工行業有非常重要的作用，用甲烷來處理一些工業廢氣就可以變廢為寶，既減少了對環境的污染，又解決了部分能源危機問題。
（1）甲烷-水蒸氣重整技術主要是制備合成氣（CO和H₂混合氣體）。其反應為：CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

CO（g）+3H₂（g）△H＞0。如圖為反應壓強為0.3MPa,投料比

n

（

H

2

O

）

n

（

C

H

4

）

為1，在三種不同催化劑催化作用下，經過一定的反應時間，甲烷?水蒸氣重整反應中CH₄轉化率隨溫度變化的關系。下列說法正確的是

BD

BD

。
A．在相同條件下，三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ
B．b點反應速率高于a點
C．C點一定未達到平衡狀態
D．催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，所以在850°C時，不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CH₄的轉化率相同
（2）CH₄超干重整CO₂技術也可得到富含CO的化工原料，CH₄（g）+CO₂（g）

催化劑

2CO（g）+2H₂（g）測得CH₄的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖中曲線所示：

①據圖可知，p₁、p₂、p₃、p₄由大到小的順序為

p₄＞p₃＞p₂＞p₁

p₄＞p₃＞p₂＞p₁

，理由是

溫度一定時，甲烷的轉化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應進行，甲烷的轉化率降低

溫度一定時，甲烷的轉化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應進行，甲烷的轉化率降低

。
②在壓強為p₄、950℃的條件下，X點平衡常數K_p=

4

p

2

4

9

4

p

2

4

9

。（用含p₄的代數式表示，其中用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）
（3）用甲烷燃料電池作為電化學降解NO₃^-裝置的直流電源時，應將A與

a

a

相連（填a或b,下同），陰極反應式為

2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-或2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O

2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-或2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂↑+6H₂O

。

（4）CH₄在催化條件下可以將硝酸廠尾氣NO₂還原為N₂，主要反應原理為：CH₄（g）+2NO₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-868.7kJ?mol^-1。在體積為2L的密閉容器A（500℃，恒溫）中加入2molCH₄、2molNO₂和催化劑。A容器中CH₄的轉化率a（CH₄）隨時間變化如下表所示。

時間（s/t）	0	100	200	300	400
A中a（CH4）（%）	0	10	20	25	25

v_正=k_正c?（CH₄）?c²（NO₂），v_逆=k_逆?c?（CN₂）?c（CO₂）c²（k_正、k_逆分別是正、逆反應速率常數），則A容器中平衡時

k

正

k

逆

=

1

12

1

12

。200s時

v

正

v

逆

=

3.75

3.75

。