Question

【題目】甲烷自熱重整是先進的制氫方法，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）	正反應(yīng)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）對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強（PB）代替物質(zhì)的量濃度（cB）也可表示平衡常數(shù)（記作KP），則反應(yīng)CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）KP的表達式為 ；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之處在于 。

（5）在某一給定進料比的情況下，溫度、壓強對H2和CO物質(zhì)的量分數(shù)的影響如下圖：

①若要達到H2物質(zhì)的量分數(shù)>65%/span>、CO的物質(zhì)的量分數(shù)<10%，以下條件中最合適的是 。

A．600℃，0.9Mpa B．700℃，0.9Mpa C．800℃，1.5Mpa D．1000℃，1.5MPa

②畫出600℃，0．1Mpa條件下，系統(tǒng)中H2物質(zhì)的量分數(shù)隨反應(yīng)時間（從常溫進料開始計時）的變化趨勢示意圖：

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

Answer 1

【答案】（1）－41．2

（2）小于

（3）；增大

（4）系統(tǒng)內(nèi)強放熱的甲烷氧化反應(yīng)為強吸熱的蒸汽重整反應(yīng)提供了所需的能量

（5）①B； ②

（6）甲烷氧化程度過高，氫氣和氧氣反應(yīng)

【解析】試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由蒸汽重整的兩個反應(yīng)CH4(g)+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）減CH4（g）+H2O（g）= CO（g）+3H2（g），可得反應(yīng)CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g），則△H="165.0kJ/mol-206.2kJ/mol" =-41.2kJ/mol。

（2）由表中數(shù)據(jù)可知，甲烷氧化的活化能低于蒸氣重整的活化能，活化能越低，反應(yīng)速率越快，所以初始階段，甲烷蒸汽重整的反應(yīng)速率小于甲烷氧化的反應(yīng)速率。

（3）根據(jù)平衡常數(shù)K的表達式，可知反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2（g）的，

該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大。

（4）從能量的角度分析，甲烷自熱重整方法的先進之處在于系統(tǒng)內(nèi)強放熱的甲烷氧化反應(yīng)為強吸熱的蒸汽重整反應(yīng)提供了所需的能量，提高能源的利用率。

（5）①由圖中數(shù)據(jù)可知，0.9 MPa時，H2的物質(zhì)的量分數(shù)大于65%，CO物質(zhì)的量分數(shù)小于10%，則700℃符合，1.5 MPa時，H2的物質(zhì)的量分數(shù)大于65%，CO物質(zhì)的量分數(shù)小于10%，則溫度要高于750℃，低于約725℃，B項正確，ACD項錯誤，答案選B。

②起始進料時H2的物質(zhì)的量分數(shù)為0，結(jié)合圖象可知600℃，0.1 MPa的條件下，平衡時系統(tǒng)中H2的物質(zhì)的量分數(shù)達到70%，據(jù)此畫出H2的物質(zhì)的量分數(shù)隨時間變化的示意圖為：。

（6）如果進料中氧氣量過大，會使甲烷氧化程度過高，氫氣和氧氣反應(yīng)，導(dǎo)致氫氣的質(zhì)量分數(shù)降低。