专题51高考试题中催化剂的考查一、高考题再现1．（2018课标Ⅱ）CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：（1）CH4-CO2催化重整反应为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。已知：C(s)+2H2(g)=CH4(g)ΔH=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-394kJ·mol-1C(s)+1/2O2(g)=CO(g)ΔH=-111kJ·mol-1该催化重整反应的ΔH==______kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是____（填标号）。A．高温低压B．低温高压C．高温高压D．低温低压某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_______mol2·L-2。（2）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol-1)75172活化能/(kJ·mol-1)催化剂X3391催化剂Y4372①由上表判断，催化剂X____Y（填“优于”或“劣于”），理由是_________________。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是________填标号）。A．K积、K消均增加B．v积减小，v消增加C．K积减小，K消增加D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5（k为速率常数）。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________。【答案】247A劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大ADpc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)【解析】（1）已知：①C(s)+2H2(g)=CH4(g)ΔH=-75kJ·mol-1②C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-394kJ·mol-1③C(s)+1/2O2(g)=CO(g)ΔH=-111kJ·mol-1根据盖斯定律可知③×2－②－①即得到该催化重整反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的ΔH=＋247kJ·mol-1。正反应是体积增大的吸热反应，所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压，答案选A；某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，根据方程式可知CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)起始浓度（mol/L）10.500转化浓度（mol/L）0.250.250.50.5平衡浓度（mol/L）0.750.250.50.5所以其平衡常数为mol2·L-2。2．（2018天津）CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：（1）CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为______（写离子符号）；若所得溶液c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1，溶液pH=___________。（室温下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11）（2）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：化学键C—HC=OH—HCO(CO)键能/kJ·mol-14137454361075则该反应的ΔH=_________。分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A”或“B”）。②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900℃的原因是________。（3）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式：________。电池的正极反应式：6O2+6e-6O2-6CO2+6O2-3C2O42-反应过程中O2的作用是________。该电池的总反应式：________。【答案】CO32-10+120kJ·mol-1B900℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低。Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）催化剂2Al+6CO2=Al2(C2O4)3（2）①化学反应的焓变应该等于反应物键能减去生成物的键能，所以焓变为(4×413+2×745)－(2×1075+2×436)=+120kJ·mol-1。初始时容器A、B的压强相等，A容器恒容，随着反应...
