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CH4-CO2重整反应[CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)-Q(Q>0)]以两种温室气体为原料生成了合成气,在“碳中和”的时代背景下,该技术受到更为广泛的关注。
完成下列填空:
(1)某温度下,在体积2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,经过2min达到平衡状态时CO2的转化率为50%。此过程中以CH4表示的平均化学反应速率为
0.125mol/(L•min)
0.125mol/(L•min)
。平衡常数的值为
1
3
1
3

达到平衡后,其他条件不变时向容器中充入CO2与CO各1mol,则化学平衡
逆向
逆向
移动(选填“正向”“逆向”或“不”)。
储能是指通过介质或设备把能量存储起来,在需要时再释放的过程。CH4-CO2重整反应也可用于高温废热的储能。800℃下,研究反应物气体流量、CH4与CO2物质的量比对CH4转化率(α)、储能效率(η)的影响,部分数据如下所示。
序号 加热温度/℃ 反应物气体流量/L•min-1 n(CH4):n(CO2 α/% η/%
700 4 2:2 49.0 42.0
800 4 2:2 79.6 52.2
800 6 3:3 64.2 61.9
800 6 2:4 81.1 41.6
已知储能效率η=Qchem/Qi。其中,Qchem是通过化学反应吸收的热量,Qi是设备的加热功率。
(2)解释为何可以用CH4-CO2重整反应进行储能
CH4-CO2重整反应是吸热反应,在生成CO、H2等气体燃料同时也将高温废热转化为化学能,而气体燃料燃烧又能将热能释放出来,从而实现储能
CH4-CO2重整反应是吸热反应,在生成CO、H2等气体燃料同时也将高温废热转化为化学能,而气体燃料燃烧又能将热能释放出来,从而实现储能

(3)对比实验
ii和iii
ii和iii
(填序号),可得出结论:气体流量越大,CH4转化率
越低
越低

(4)实验ⅳ中CH4转化率比实验ⅲ高,结合相关数据解释为何储能效率却低的原因(两次实验中设备的加热功率Qi不变)
在1min内,实验iii通入甲烷3L,实际转化3×0.642L=1.926L,而实验iv通入甲烷2L,实际转化2×0.811L=1.622L,因此iii中参与反应的甲烷的量大于iv,通过化学反应吸收的热量Qchem更多,当设备加热功率Qi不变时,储能效率更高
在1min内,实验iii通入甲烷3L,实际转化3×0.642L=1.926L,而实验iv通入甲烷2L,实际转化2×0.811L=1.622L,因此iii中参与反应的甲烷的量大于iv,通过化学反应吸收的热量Qchem更多,当设备加热功率Qi不变时,储能效率更高

【考点】化学平衡的计算
【答案】0.125mol/(L•min);
1
3
;逆向;CH4-CO2重整反应是吸热反应,在生成CO、H2等气体燃料同时也将高温废热转化为化学能,而气体燃料燃烧又能将热能释放出来,从而实现储能;ii和iii;越低;在1min内,实验iii通入甲烷3L,实际转化3×0.642L=1.926L,而实验iv通入甲烷2L,实际转化2×0.811L=1.622L,因此iii中参与反应的甲烷的量大于iv,通过化学反应吸收的热量Qchem更多,当设备加热功率Qi不变时,储能效率更高
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:17引用:1难度:0.7
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    (1)利用光伏电池电解水制H2是氢能的重要来源。已知:H-H键、O=O键、H-O键的键能依次为436kJ•mol-1、495kJ•mol-1、463kJ•mol-1。则2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)△H=
     
    kJ•mol-1
    (2)T1℃时,向5L恒容密闭容器中充入0.5molCH4,只发生反应2CH4(g)⇌C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得c(C2H4)=2c(CH4),CH4的转化率为
     
    ;保持其他条件不变,温度改为T2℃,经25s后达到平衡,测得c(CH4)=2c(C2H4),则0~25s内v(C2H4)=
     
    mol•L-1•s-1
    (3)CH4分解时几种气体的平衡分压(pPa)的对数值lgp与温度的关系如图所示。

    ①T℃时,向一恒容密闭容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只发生反应2CH4(g)⇌C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
     
    (填“>”或“<”)0,此时的平衡常数Kp=
     
    (用平衡分压代替浓度进行计算)Pa2
    ②若只改变一个反应条件使Kp变大,则该条件是
     
    (填标号)。
    A.减小C2H2的浓度
    B.升高温度
    C.增大压强
    D.加入合适的催化剂
    (4)工业上,以KNH2和液氨为电解质,以石墨为电极,电解液氨制备H2。阳极的电极反应式为
     
    ,一段时间后阴、阳两极收集到的气体质量之比为
     

    发布:2025/1/4 8:0:1组卷:9引用:3难度:0.5
  • 2.反应 4A(g)+5B(g)⇌4C(g)+6D(g)在 5L 的密闭容器中进行,半分钟后,C 的物质的量增 加了 0.30mol。下列叙述正确的是(  )

    发布:2024/12/30 19:30:2组卷:67引用:6难度:0.6
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    (1)此时A的浓度c(A)=
     
    mol/L,反应开始前容器中的A、B的物质的量:n(A)=n(B)=
     
    mol;
    (2)B的平均反应速率v(B)=
     
    mol/(L•min);
    (3)x的值为
     

    发布:2024/12/30 19:0:1组卷:163引用:26难度:0.3
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