Question

【题目】将甘油(C3H8O3)转化成高附加值产品是当前热点研究方向，如甘油和水蒸气、氧气经催化重整或部分催化氧化可制得氢气，反应主要过程如下：

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

(1)下列说法正确的是________(填字母序号)。

a. 消耗等量的甘油，反应I的产氢率最高

b. 消耗等量的甘油，反应Ⅱ的放热最显著

c. 经过计算得到反应Ⅲ的 △H3＝－237.5 kJ·mol－1

d. 理论上，通过调控甘油、水蒸气、氧气的用量比例可以实现自热重整反应，即焓变约为0，这体现了科研工作者对吸热反应和放热反应的联合应用

(2)研究人员经过反复试验，实际生产中将反应Ⅲ设定在较高温度(600～700℃)进行，选择该温度范围的原因有：催化剂活性和选择性高、__________。

(3)研究人员发现，反应I的副产物很多，主要含有：CH4、C2H4、CO、CO2、CH3CHO，CH3COOH等，为了显著提高氢气的产率，采取以下两个措施。

①首要抑制产生甲烷的副反应。从原子利用率角度分析其原因：___________。

②用CaO吸附增强制氢。如图1所示，请解释加入CaO的原因：__________。

(4)制备高效的催化剂是这种制氢方法能大规模应用于工业的重要因素。通常将Ni分散在高比表面的载体(SiC、Al2O3、CeO2)上以提高催化效率。分别用三种催化剂进行实验，持续通入原料气，在一段时间内多次取样，绘制甘油转化率与时间的关系如图2所示。

①结合图2分析Ni／SiC催化剂具有的优点是_________。

②研究发现造成催化效率随时间下降的主要原因是副反应产生的大量碳粉(积碳)包裹催化剂，通过加入微量的、可循环利用的氧化镧(La2O3)可有效减少积碳。其反应机理包括两步:

第一步为：La2O3+CO2La2O/span>2CO3

第二步为：__________(写出化学反应方程式)。

Answer 1

【答案】abcd 升高温度反应速率加快 在所有副产物中，CH4中H:C原子个数比最高(或H元素含量最高)，若生成CH4，相当于H的利用率最低 CaO结合CO2生成CaCO3，使CO2的浓度降低，反应I平衡正移，H2产率提高 催化效率高,稳定性高/催化剂寿命长 La2O2CO3 + C La2O3 + 2CO

【解析】

（1）抓住表中信息和盖斯定律分析即可解答；

（2）主要从温度对反应速率和化学平衡移动的影响的角度进行分析解答；

（3）①在所有的副产物中，CH4中氢元素的质量分数最高，抑制产生甲烷的副反应，更有利于提高氢原子的利用率，据此分析可得结论；

②根据图1可知，加入CaO可以降低二氧化碳的浓度，促进反应正向移动，提高氢气的产率，据此分析可得结论；

（4）①由图2信息可知，Ni/SiC催化剂的催化效率并不随时间的延长而降低，而另两种催化剂均出现催化效率降低的现象，由此分析解答；

②由题给信息可知，氧化镧在清除积炭过程中（C+CO2=2CO）起到催化剂作用，则第二步反应为积碳与La2O2CO3反应生成La2CO3和CO，由此可得结论。

（1）a. 由反应I、反应II、反应III对比可知，消耗等量的甘油，反应I的产氢率最高，故a正确；

b. 由反应I、反应II、反应III对比可知，当消耗1mol甘油时，反应Ⅱ的放热最显著，故b正确；

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

d. 因反应I为吸热反应，反应II为放热反应，则在反应过程中通过调控甘油、水蒸气、氧气的用量比例可以实现自热重整反应，即焓变约为0，故d正确；

故答案为：abcd；

（2）因反应为吸热反应，在较高温度下有利于反应的进行，从而提高产氢率，

故答案为：升高温度反应速率加快；

（3）①在所有的副产物中，CH4中氢元素的质量分数最高，抑制产生甲烷的副反应，更有利于提高氢原子的利用率，

故答案为：在所有副产物中，CH4中H:C原子个数比最高(或H元素含量最高)，若生成CH4，相当于H的利用率最低；

②根据图1可知，加入CaO可以降低二氧化碳的浓度，促进反应正向移动，提高氢气的产率，

故答案为：CaO结合CO2生成CaCO3，使CO2的浓度降低，反应I平衡正移，H2产率提高；

（4）①由图2信息可知，Ni/SiC催化剂具有催化效率高,稳定性高/催化剂寿命长等特点，

故答案为：催化效率高，稳定性高/催化剂寿命长；

②由题给信息可知，氧化镧在清除积炭过程中（C+CO2=2CO）起到催化剂作用，则第二步反应为积碳与La2O2CO3反应生成La2CO3和CO，

故答案为：La2O2CO3 + C La2O3 + 2CO 。