甲烷的转化和利用在天然气化工行业有非常重要的作用，用甲烷来处理一些工业废气就可以变废为宝，既减少了对环境的污染，又解决了部分能源危机问题。
（1）甲烷-水蒸气重整技术主要是制备合成气（CO和H₂混合气体）。其反应为：CH₄（g）+H₂O（g）

催化剂

CO（g）+3H₂（g）△H＞0。如图为反应压强为0.3MPa,投料比

n

（

H

2

O

）

n

（

C

H

4

）

为1，在三种不同催化剂催化作用下，经过一定的反应时间，甲烷−水蒸气重整反应中CH₄转化率随温度变化的关系。下列说法正确的是

BD

BD

。
A．在相同条件下，三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ
B．b点反应速率高于a点
C．C点一定未达到平衡状态
D．催化剂只改变反应速率不改变平衡移动，所以在850°C时，不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达平衡时CH₄的转化率相同
（2）CH₄超干重整CO₂技术也可得到富含CO的化工原料，CH₄（g）+CO₂（g）

催化剂

2CO（g）+2H₂（g）测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图中曲线所示：

①据图可知，p₁、p₂、p₃、p₄由大到小的顺序为

p₄＞p₃＞p₂＞p₁

p₄＞p₃＞p₂＞p₁

，理由是

温度一定时，甲烷的转化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应进行，甲烷的转化率降低

温度一定时，甲烷的转化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应进行，甲烷的转化率降低

。
②在压强为p₄、950℃的条件下，X点平衡常数K_p=

4

p

2

4

9

4

p

2

4

9

。（用含p₄的代数式表示，其中用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）
（3）用甲烷燃料电池作为电化学降解NO₃^-装置的直流电源时，应将A与

a

a

相连（填a或b,下同），阴极反应式为

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

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

。

（4）CH₄在催化条件下可以将硝酸厂尾气NO₂还原为N₂，主要反应原理为：CH₄（g）+2NO₂（g）⇌CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）△H=-868.7kJ•mol^-1。在体积为2L的密闭容器A（500℃，恒温）中加入2molCH₄、2molNO₂和催化剂。A容器中CH₄的转化率a（CH₄）随时间变化如下表所示。

时间（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_逆分别是正、逆反应速率常数），则A容器中平衡时

k

正

k

逆

=

1

12

1

12

。200s时

v

正

v

逆

=

3.75

3.75

。