Question

甲烷自熱重整是先進(jìn)的制氫方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反應(yīng)系統(tǒng)同時(shí)通入甲烷、氧氣和水蒸氣，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有：

	化學(xué)方程	焓變ΔH/kJ·mol－1	活化能Ea/kJ·mol－1
甲 烷 氧 化	CH4(g)＋2O2(g)=== CO2(g)＋2H2O(g)	－802.6	125.6
CH4(g)＋O2(g)=== CO2(g)＋2H2(g)	－322.0	172.5
蒸 汽 重 整	CH4(g)＋H2O(g)=== CO(g)＋3H2(g)	＋206.2	240.1
CH4(g)＋2H2O(g)=== CO2(g)＋4H2(g)	＋165.0	243.9

回答下列問題：

(1)反應(yīng)CO(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋H₂(g)的ΔH＝________kJ·mol^－1。

(2)在初始階段，甲烷蒸汽重整的反應(yīng)速率________甲烷氧化的反應(yīng)速率(填“大于”“小于”或“等于”)。

(3)對于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(p_B)代替物質(zhì)的量濃度(c_B)也可表示平衡常數(shù)(記作K_p)，則反應(yīng)CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)的K_p＝________，隨著溫度的升高，該平衡常數(shù)________(填“增大”“減小”或“不變”)。

(4)從能量角度分析，甲烷自熱重整方法的先進(jìn)之處在于

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(5)在某一給定進(jìn)料比的情況下，溫度、壓強(qiáng)對H₂和CO物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的影響如下圖：

①若要達(dá)到H₂物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)＞65%、CO物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)＜10%，以下條件中最合適的是________。

A．600 ℃，0.9 MPa　　　          B．700 ℃，0.9 MPa

C．800 ℃，1.5 MPa                D．1 000 ℃，1.5 MPa

②畫出600 ℃，0.1 MPa條件下，系統(tǒng)中H₂物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨反應(yīng)時(shí)間(從常溫進(jìn)料開始計(jì)時(shí))的變化趨勢示意圖：

(6)如果進(jìn)料中氧氣量過大，最終導(dǎo)致H₂物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)降低，原因是

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Answer 1

【解析】　(1)由題給信息知：①CH₄(g)＋H₂O(g)===CO(g)＋3H₂(g)　ΔH＝＋206.2 kJ·mol^－1；

②CH₄(g)＋2H₂O(g)===CO₂(g)＋4H₂(g)　ΔH＝＋165.0 kJ·mol^－1。根據(jù)蓋斯定律，由②－①可得CO(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH＝(＋165.0 kJ·mol^－1)－(＋206.2 kJ·mol^－1)＝－41.2 kJ·mol^－1。

(2)甲烷氧化的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，甲烷蒸汽重整的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，初始階段，甲烷氧化反應(yīng)的活化能低于甲烷蒸汽重整反應(yīng)的活化能，故前者反應(yīng)速率較后者快。

(3)據(jù)題中K_p的描述可知，K_p＝。溫度升高，平衡正向移動(dòng)，K_p增大。

(4)分析表中反應(yīng)的焓變可知，甲烷氧化放出熱量，為甲烷蒸汽重整提供所需能量。

(5)①由圖可知：

	達(dá)到H2物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)＞65%時(shí)
壓強(qiáng)	0.1 MPa	0.9 MPa	1.5 MPa
溫度	≥530 ℃	≥675 ℃	≥720 ℃