Question

【題目】將甘油(C3H8O3)轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品是當前熱點研究方向，如甘油和水蒸氣、氧氣經(jīng)催化重整或部分催化氧化可制得氫氣，反應主要過程如下：

甘油水蒸氣重整 (SPG)	C3H8O3(1)+3H2O(g)3CO2(g)+7H2(g) △H1＝+128 kJ·mol－1	反應I
甘油部分氧化 (POG)	C3H8O3(1)+O2(g)3CO2(g)+4H2(g) △H2＝－603 kJ·mol－1	反應II
甘油氧化水蒸氣 重整(OSRG)	C3H8O3(1)+H2O(g)+O2(g)3CO2(g)+H2(g) △H3	反應III

(1)下列說法正確的是________(填字母序號)。

a. 消耗等量的甘油，反應I的產(chǎn)氫率最高

b. 消耗等量的甘油，反應Ⅱ的放熱最顯著

c. 經(jīng)過計算得到反應Ⅲ的 △H3＝－237.5 kJ·mol－1

d. 理論上，通過調(diào)控甘油、水蒸氣、氧氣的用量比例可以實現(xiàn)自熱重整反應，即焓變約為0，這體現(xiàn)了科研工作者對吸熱反應和放熱反應的聯(lián)合應用

(2)研究人員經(jīng)過反復試驗，實際生產(chǎn)中將反應Ⅲ設定在較高溫度(600～700℃)進行，選擇該溫度范圍的原因有：催化劑活性和選擇性高、__________。

(3)研究人員發(fā)現(xiàn)，反應I的副產(chǎn)物很多，主要含有：CH4、C2H4、CO、CO2、CH3CHO，CH3COOH等，為了顯著提高氫氣的產(chǎn)率，采取以下兩個措施。

①首要抑制產(chǎn)生甲烷的副反應。從原子利用率角度分析其原因：___________。

②用CaO吸附增強制氫。如圖1所示，請解釋加入CaO的原因：__________。

(4)制備高效的催化劑是這種制氫方法能大規(guī)模應用于工業(yè)的重要因素。通常將Ni分散在高比表面的載體(SiC、Al2O3、CeO2)上以提高催化效率。分別用三種催化劑進行實驗，持續(xù)通入原料氣，在一段時間內(nèi)多次取樣，繪制甘油轉(zhuǎn)化率與時間的關(guān)系如圖2所示。

①結(jié)合圖2分析Ni／SiC催化劑具有的優(yōu)點是_________。

②研究發(fā)現(xiàn)造成催化效率隨時間下降的主要原因是副反應產(chǎn)生的大量碳粉(積碳)包裹催化劑，通過加入微量的、可循環(huán)利用的氧化鑭(La2O3)可有效減少積碳。其反應機理包括兩步:

第一步為：La2O3+CO2La2O/span>2CO3

第二步為：__________(寫出化學反應方程式)。

Answer 1

【答案】abcd 升高溫度反應速率加快 在所有副產(chǎn)物中，CH4中H:C原子個數(shù)比最高(或H元素含量最高)，若生成CH4，相當于H的利用率最低 CaO結(jié)合CO2生成CaCO3，使CO2的濃度降低，反應I平衡正移，H2產(chǎn)率提高 催化效率高,穩(wěn)定性高/催化劑壽命長 La2O2CO3 + C La2O3 + 2CO

【解析】

（1）抓住表中信息和蓋斯定律分析即可解答；

（2）主要從溫度對反應速率和化學平衡移動的影響的角度進行分析解答；

（3）①在所有的副產(chǎn)物中，CH4中氫元素的質(zhì)量分數(shù)最高，抑制產(chǎn)生甲烷的副反應，更有利于提高氫原子的利用率，據(jù)此分析可得結(jié)論；

②根據(jù)圖1可知，加入CaO可以降低二氧化碳的濃度，促進反應正向移動，提高氫氣的產(chǎn)率，據(jù)此分析可得結(jié)論；

（4）①由圖2信息可知，Ni/SiC催化劑的催化效率并不隨時間的延長而降低，而另兩種催化劑均出現(xiàn)催化效率降低的現(xiàn)象，由此分析解答；

②由題給信息可知，氧化鑭在清除積炭過程中（C+CO2=2CO）起到催化劑作用，則第二步反應為積碳與La2O2CO3反應生成La2CO3和CO，由此可得結(jié)論。

（1）a. 由反應I、反應II、反應III對比可知，消耗等量的甘油，反應I的產(chǎn)氫率最高，故a正確；

b. 由反應I、反應II、反應III對比可知，當消耗1mol甘油時，反應Ⅱ的放熱最顯著，故b正確；

c. 由蓋斯定律可知， △H3＝△H1+△H2=（+128 kJ·mol－1）+（－603 kJ·mol－1）=－237.5 kJ·mol－1，故c正確；

d. 因反應I為吸熱反應，反應II為放熱反應，則在反應過程中通過調(diào)控甘油、水蒸氣、氧氣的用量比例可以實現(xiàn)自熱重整反應，即焓變約為0，故d正確；

故答案為：abcd；

（2）因反應為吸熱反應，在較高溫度下有利于反應的進行，從而提高產(chǎn)氫率，

故答案為：升高溫度反應速率加快；

（3）①在所有的副產(chǎn)物中，CH4中氫元素的質(zhì)量分數(shù)最高，抑制產(chǎn)生甲烷的副反應，更有利于提高氫原子的利用率，

故答案為：在所有副產(chǎn)物中，CH4中H:C原子個數(shù)比最高(或H元素含量最高)，若生成CH4，相當于H的利用率最低；

②根據(jù)圖1可知，加入CaO可以降低二氧化碳的濃度，促進反應正向移動，提高氫氣的產(chǎn)率，

故答案為：CaO結(jié)合CO2生成CaCO3，使CO2的濃度降低，反應I平衡正移，H2產(chǎn)率提高；

（4）①由圖2信息可知，Ni/SiC催化劑具有催化效率高,穩(wěn)定性高/催化劑壽命長等特點，

故答案為：催化效率高，穩(wěn)定性高/催化劑壽命長；

②由題給信息可知，氧化鑭在清除積炭過程中（C+CO2=2CO）起到催化劑作用，則第二步反應為積碳與La2O2CO3反應生成La2CO3和CO，

故答案為：La2O2CO3 + C La2O3 + 2CO 。