Question

[15分]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：

反應(yīng)過程	化學(xué)方程式	焓變△H (kJ/mol)	活化能Ea (kJ/mol)
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△H= kJ/mol。

（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(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(PB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以平衡常數(shù)（記作KP），則反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的KP＝ ；

隨著溫度的升高，該平衡常數(shù) （填“增大”、“減小”或“不變”）。

（4）從能量階段分析，甲烷自熱重整方法的先進(jìn)之處在于 。

（5）在某一給定進(jìn)料比的情況下，溫度、壓強(qiáng)對(duì)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的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)<10%，以下條件中最合適的是 。

A．600℃，0.9MpaB．700℃，0.9MPaC．800℃，1.5MpaD．1000℃，1.5MPa

②畫出600℃，0.1Mpa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)料開始即時(shí)）

的變化趨勢(shì)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 。

 

Answer 1

(15分)

(1)-41.2

(2)小于

(3)

增大

(4)系統(tǒng)內(nèi)強(qiáng)放熱的甲烷氧化反應(yīng)為強(qiáng)吸熱的蒸汽重整反應(yīng)提供了所需的能量(其他合理答案均可)

(5)①B

②

(6)甲烷氧化程度過高，氫氣和氧氣反應(yīng)(其他合理答案均可)

【解析】（1）由反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1=206.2 kJ/mol和CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) △H2=165.0 kJ/mol，再根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的△H=△H2-△H1=-41.2 kJ/mol；（2）開始時(shí)由于體系不能提供重整所需的熱能，所以其氧化速率大于重整速率；（3）反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的KP=；由于該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以，當(dāng)溫度升高時(shí)其平衡常數(shù)將增大；（４）該方法的先進(jìn)之處為，用甲烷氧化反應(yīng)所釋放出來的大量熱量來滿足強(qiáng)吸熱的蒸汽重整反應(yīng)所需要的熱量；（５）①分析圖表，從左圖中可找到0.9 Mpa，700℃時(shí)H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大于65%，從右圖中可找到0.9 Mpa，700℃時(shí)CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)小于10%，所以B項(xiàng)正確；②圖像特點(diǎn)為開始由于體系溫度未達(dá)到400℃，重整反應(yīng)微弱，H2的含量幾乎為0，后隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系的溫度升高H2的含量也增大，到接近70%時(shí)達(dá)到最大值；（6）若甲烷氧化程度過高，若氧氣的含量再增加，這時(shí)氫氣將和氧氣反應(yīng)，導(dǎo)致氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)下降。

【考點(diǎn)定位】本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡和圖表分析能力。