推进能源绿色转型，实现“碳达峰、碳中和”，事关经济社会发展全局。CO₂甲烷化以及甲烷二氧化碳重整是能源综合利用领域的研究热点。
（1）在一定温度和压力条件下，将按一定比例混合的CO₂和H₂通过装有催化剂的反应器可得到CH₄。298K时，相关物质的相对能量如图1，则该反应的热化学方程式为

CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）ΔH=-166 kJ mol^-1

CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）ΔH=-166 kJ mol^-1

。

（2）催化剂的选择是CO₂甲烷化的核心，金属Ni或Ni—CeO₂均可作为催化剂。
①催化剂Ni原子的基态核外电子的空间运动状态有

15

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种。
②Ni—CeO₂催化CO₂加H₂形成CH₄的反应历程如图2所示（吸附在催化剂表面的物种用*标注），存在的副反应的化学方程式为

CO₂+H₂⇌CO+H₂O

CO₂+H₂⇌CO+H₂O

；
③上述两种不同催化剂的条件下反应相同时间，测得CO₂转化率和生成CH₄选择性随温度变化影响如图所示。高于320℃后，以Ni—CeO₂为催化剂，CO₂转化率略有下降，而以Ni为催化剂，CO₂转化率却仍在上升，其原因是

320℃时，以Ni—CeO₂为催化剂，CO₂甲烷化反应已达平衡，升高温度平衡左移；以Ni为催化剂，CO₂甲烷化反应速率较慢，升高温度反应速率加快，反应相同时间时CO₂转化率增加

320℃时，以Ni—CeO₂为催化剂，CO₂甲烷化反应已达平衡，升高温度平衡左移；以Ni为催化剂，CO₂甲烷化反应速率较慢，升高温度反应速率加快，反应相同时间时CO₂转化率增加

；对比上述两种催化剂的催化性能，工业上应选择的催化剂和温度分别是

Ni—CeO₂，320℃

Ni—CeO₂，320℃

。

（3）甲烷与二氧化碳重整是一个复杂的反应体系，主要反应有：
反应Ⅰ：CH₄（g）+CO₂（g）⇌2CO（g）+2H₂（g）
反应Ⅱ：CH₄（g）⇌C（s）+2H₂（g）
反应Ⅲ：C（s）+CO₂（g）⇌2CO（g）
在一定条件下，1L恒容密闭容器中充入1mol CH₄和1mol CO₂，测得CH₄和CO₂的平衡转化率分别为60%和20%，则该温度下反应Ⅰ的平衡常数K=

0.72

0.72

；若平衡时总压强为10MPa,则P_分压（H₂）=

4.3

4.3

MPa。（分压=总压×物质的量分数）