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  • 1. (2023·广东模拟) 甲烷的直接转化具有较高的经济价值,因此备受科学家关注。请回答下列问题:

    1. (1) 用丝光沸石作催化剂可实现甲烷直接转化制备甲醇,合成方法有以下两种:

      方法I:CH4(g)+O2(g)CH3OH(g) △H1=-126.4kJ•mol-1

      方法II:CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g) △H2

      已知H2的燃烧热为285.8kJ/mol,H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ•mol-1 , 则△H2=

    2. (2) 某工厂采用方法Ⅰ生产甲醇。在200℃下,向容积为5L的恒容密闭反应器中加入催化剂,并充入6.0kPaCH4、4.8kPaO2和一定量He使反应充分进行,体系的总压强随时间的变化如图所示。

      ①下列措施可以提高CH4的平衡转化率的是(填标号)。

      A.升高温度

      B.反应达到平衡后,再充入一定量He

      C.投料比不变,增大反应物浓度

      ②达到平衡时体系中CH3OH的体积分数为(精确到0.1%)。

      ③该反应温度下,方法I的标准压力平衡常数=(列出计算式)。[已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g), = , 其中pθ=100kPa,pC、pH、pD、pE为各组分的平衡分压。]

      ④若将容器改为绝热容器,初始温度为200℃,其他条件不变,达到新平衡时,甲醇产率降低,原因是

    3. (3) 为提高生产效率,利用方法Ⅱ进行连续生产时采用如图所示的步骤控制体系温度和通入气体(各阶段气体流速相同)。

      已知大多数气体分子在催化剂表面的吸附过程是放热的,He不会在催化剂表面吸附,吸附和解吸附不会导致体系温度的变化。通入CH4发生反应前,要往反应器中通入O2从而活化催化剂,活化催化剂后持续通入He一段时间的目的是;请从反应速率的角度说明,通入CH4后反应温度维持在200℃的原因:

    4. (4) 用ZrO2/NiCo2O4作电解催化剂也可以实现甲烷的直接转化,装置如图所示。

      写出ZrO2/NiCo2O4电极的反应式:

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