题目
在工业条件下进行的甲烷蒸汽转化反应为内扩散控制。A. 对B. 错
在工业条件下进行的甲烷蒸汽转化反应为内扩散控制。
A. 对
B. 错
题目解答
答案
A. 对
解析
考查要点:本题主要考查学生对化学反应工程中扩散控制类型的理解,特别是工业条件下甲烷蒸汽转化反应的控制步骤。
解题核心思路:
- 明确扩散控制的分类:内扩散(颗粒内部的扩散)与外扩散(流体主体到颗粒外表面的扩散)。
- 工业反应器设计特点:工业甲烷蒸汽转化通常采用固定床反应器,催化剂颗粒较大,且反应条件(如温度、压力)可能使颗粒内部的扩散成为限制因素。
- 反应特性:甲烷蒸汽转化反应为吸热反应,需催化剂参与,反应速率可能受颗粒内部传质影响。
破题关键点:
- 工业反应器中外扩散通常被优化(如合理流速设计),而内扩散受催化剂颗粒结构和反应条件影响较大。
- 高效工业生产中,若反应动力学较快,扩散步骤可能成为瓶颈,此时内扩散更易成为控制步骤。
甲烷蒸汽转化反应为吸热反应,化学方程式为:
$\text{CH}_4 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{催化剂}} \text{CO} + 3\text{H}_2$
工业上通常采用固定床反应器,催化剂为颗粒状。在固定床中:
- 外扩散:反应物从流体主体扩散到催化剂颗粒外表面。工业设计中通过优化流速和床层结构,外扩散阻力通常较小。
- 内扩散:反应物从颗粒外表面扩散到内表面(或活性位点),以及产物扩散出去。若催化剂颗粒较大或孔结构复杂,内扩散阻力显著增加,成为反应速率的控制步骤。
结论:工业条件下,甲烷蒸汽转化反应的内扩散控制更可能发生,因此答案为A。