(2012•浙江)甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整.向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要

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  • 解题思路:(1)根据盖斯定律,由蒸汽重整的两个反应CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)减CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g),可得反应:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g),据此计算反应热;

    (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;

    (3)根据平衡常数k的表达式,利用信息直接书写Kp;

    该反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应移动,平衡常数增大;

    (4)从能量的角度分析,放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量;

    (5)①根据图象中,温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响数据,选择判断;

    ②结合图象可知在600℃、0.1 MPa的条件下,平衡时系统中H2的物质的量分数达到70%,起始进料时H2的物质的量分数为0,据此可画出H2的物质的量分数随时间变化的示意图;

    (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.

    (1)根据盖斯定律,由蒸汽重整的两个反应CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)减CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g),可得反应:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g),故△H=165.0kJ/mol-206.2kJ/mol=-41.2kJ/mol,

    故答案为:-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,故初始阶段,甲烷蒸汽重整的反应速率小于甲烷氧化的反应速率,故答案为:小于;

    (3)根据平衡常数k的表达式,可知反应CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)的KP=

    p3(H2)•P(CO)

    P(CH4)•P(H2O),

    该反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应移动,平衡常数增大,

    故答案为:

    p3(H2)•P(CO)

    P(CH4)•P(H2O),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:放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量,提高能源的利用率,故答案为:放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量;

    (5)①由图中数据可知,0.9 MPa时,H2的物质的量分数>65%,CO物质的量分数<10%,则700℃符合,1.5 MPa时,H2的物质的量分数>65%,CO物质的量分数<10%,则温度要高于750℃,低于约725℃,矛盾,故B正确,ACD错误,故答案为:B;

    ②起始进料时H2的物质的量分数为0,结合图象可知600℃,0.1 MPa的条件下,平衡时系统中H2的物质的量分数达到70%,据此画出H2的物质的量分数随时间变化的示意图为

    故答案为:

    (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,

    故答案为:导致生成的氢气和氧气反应.

    点评:

    本题考点: 用盖斯定律进行有关反应热的计算;用化学平衡常数进行计算;化学平衡的调控作用.

    考点点评: 本题考查热化学以及化学反应速率、化学平衡等,意在考查考生分析、处理数据和解答图象试题的能力,解答本题需利用盖斯定律,联系化学平衡、化学平衡常数以及平衡移动原理等,弄清图象的含义.