Question

（13分）

甲烷自热重整是先进的制氢方法, 包含甲烷氧化和蒸气重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气, 发生的主要化学反应有:

回答下列问题:

（1）反应CO（g）+H₂O（g） CO₂（g）+H₂（g）的ΔH=           kJ·mol^-1。

（2）在初始阶段, 甲烷蒸气重整的反应速率             甲烷氧化的反应速率（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（3）对于气相反应, 用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可表示平衡常数（记作K_p）, 则反应CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g）的K_p=                   随着温度的升高, 该平衡常数           （填“增大”、“减小”或“不变”）。

（4）从能量角度分析, 甲烷自热重整方法的先进之处在于                 。

（5）在某一给定进料比的情况下, 温度、压强对H₂和CO物质的量分数的影响如下图:

   

①若要达到H₂物质的量分数>65%、CO物质的量分数<10%, 以下条件中最合适的是          。

A．600 ℃, 0．9 MPa      B．700 ℃, 0．9 Mpa

C．800 ℃, 1．5 MPa      D．1 000 ℃, 1．5 MPa

②画出600 ℃, 0．1 MPa条件下, 系统中H₂物质的量分数随反应时间（从常温进料开始计时）的变化趋势示意图:

（6）如果进料中氧气量过大, 最终导致H₂物质的量分数降低, 原因是                。

Answer

（13分）

（1）-41．2 （2分） （2）小于（1分） （3） （1分） 增大（1分）

（4）系统内强放热的甲烷氧化反应为强吸热的蒸气重整反应提供了所需的能量（其他合理答案均可） （2分） （5） ①B（2分）

②（2分）

（6）甲烷氧化程度过高, 氢气和氧气反应（其他合理答案均可） （2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，蒸气重整反应中反应②-反应①即可，反应热为：165.0-206.2=-41．2 。 （2）由表中数据可知，甲烷氧化的活化能低于蒸气重整的活化能，活化能越低，反应速率越快，所以初始阶段，甲烷蒸气重整的反应速率小于甲烷氧化的反应速率。 （3）格局配合常数K的表达式分析，可以反应的平衡常数为 ；该反应为吸热反应，升温，配合向正反应移动，平衡常数增大。（4）从能量的角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于系统内强放热的甲烷氧化反应为强吸热的蒸气重整反应提供了所需的能量，提供啊能源的利用率。（5） ①由图中数据可知，0.9MPa时，氢气的物质的量分数>65%，一氧化碳的物质的量分数小于10%，则700 ℃,符合，1.5MPa时，氢气的物质的量分数大于65%，一氧化碳物质的量分数小于10%，则温度要高于750 ℃,,低于约725 ℃,矛盾，所以B正确。②其实进料时氢气的物质的量分数为0，综合图像可知600 ℃,0.1MPa的条件下，配合时系统中氢气的物质的量分数达到70%，据此画出氢气的物质的量分数随时间的变化示意图。

②（2分）

（6）如果反应过程中进氧气的量过大，会导致生成的氢气和氧气反应，导致质量分数降低。

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算，用化学平衡常数计算