CH4和CO2一樣是主要的溫室氣體,且性質穩定,但CH4的溫室效應約為相同質量CO2的120倍,在1000℃以上CH4會完全分解為炭黑。研究如何轉化CO2和CH4對減少溫室氣體的排放,改善大氣環境具有重要的意義。
(1)573 K時,CO2能與H2在催化劑下轉化生成CH3OH。已知:
ⅰ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=+41.2 kJ?mol-1
ⅱ.CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-90.4 kJ?mol-1
請寫出CO2與H2反應生成CH3OH(g)的熱化學方程式CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.2kJ/molCO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.2kJ/mol。
(2)用Ni作催化劑,在一定的溫度和壓強下,CO2與CH4發生反應:CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=+274.3 kJ?mol-1。下列反應條件有利于提高CH4平衡轉化率的是ACAC(填正確答案標號)。
A.適當升高溫度
B.降溫同時加壓
C.增大CO2的量
D.選擇更合適的催化劑
(3)某化學實驗小組將1 mol CH4與1 mol CO2充入1 L的恒容密閉容器中,使其發生反應CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g),測得CH4和CO2的平衡轉化率隨溫度變化的關系如圖所示。
①在923K時,CH4、CO2的轉化率分別為60%60%、70%70%,1200 K時,CH4和CO2的轉化率之比為1:11:1。
②1200K之前CO2的平衡轉化率大于CH4可能的原因是CO2會與生成的H2反應,所以轉化率更高CO2會與生成的H2反應,所以轉化率更高。
③923K時,該反應在10min達到平衡,則0~10min內CH4的平均反應速率為0.060.06mol?L-1?min-1。
(4)2014年我國科學家成功實現甲烷在無氧條件下選擇活化,一步高效生產乙烯、芳烴和氫氣等高值化學品。某化學研究室將2mol CH4充入1 L的密閉容器中,在單中心鐵的催化作用下,CH4主要轉化為C2H4,同時還有C6H6(g)、H2生成,反應達到平衡時測得n(C2H4)=0.6 mol、C6H6(g)=0.05 mol,則反應2CH4(g)?C2H4(g)+2H2(g)的平衡常數K=6.56.5(計算結果保留一位小數)。
【答案】CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.2kJ/mol;AC;60%;70%;1:1;CO2會與生成的H2反應,所以轉化率更高;0.06;6.5
【解答】
【點評】
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②若只改變一個反應條件使Kp變大,則該條件是
A.減小C2H2的濃度
B.升高溫度
C.增大壓強
D.加入合適的催化劑
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