Question

【題目】甲烷水蒸氣的重整反應是工業制備氫氣的重要方式，其化學反應方程式為CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。回答下列問題：

（1）已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H1=-890.3kJ·mol-1

CO(g)+O2(g)=CO(g) H2=-283.0kJ·mol-1

H2(g)+O2(g)=H2O(l) H3=-285.8kJmol-1

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H4=-41.0kJmol-1

則甲烷水蒸氣重整反應的△H=__kJ·mol-1。

（2）通過計算機模擬實驗，對400~1200℃、操作壓強為0.1MPa條件下，不同水碳比(1~10)進行了熱力學計算，反應平衡體系中H2的物質的量分數與水碳比、平衡溫度的關系如圖所示。

①H2的物質的量分數與水碳比(1~10)的關系是平衡溫度一定時，__；其原因是__。

②據模擬實驗可知，平衡溫度為900℃，水碳比為1.0時，H2的物質的量分數為0.6，CH4的轉化率為__，其壓強平衡常數為__；反應速率方程為v=kp(CH4)p-1(H2)，此時反應速率=__(已知：氣體分壓=氣體的物質的量分數×總壓，速率方程中k為速率常數)。

（3）厭氧細菌可將葡萄糖轉化為CH4和H2，pH為5.5時不同熱預處理溫度和時間下的甲烷和氫氣的產率如圖所示，若要提高H2的產率，最佳溫度為__；與甲烷水蒸氣重整制氫相比其優點有__(至少寫兩點)。

Answer 1

【答案】+206.3 水碳比越大，H2的物質的量分數越大 水碳比較大時，CO會與H2O進一步反應生成H2，使H2的物質的量分數增大 66.67% 4.32×102(MPa)2 80℃ 原料來源廣、制取H2溫度低、不會產生CO等有害氣體等

【解析】

（1）用蓋斯定律求甲烷水蒸氣重整反應的△H；

（2）①H2的物質的量分數與水碳比(1~10)的關系由圖知；原因從生成氫氣的反應角度來回答；

②平衡溫度為900℃，水碳比為1.0時，H2的物質的量分數為0.6，CH4的轉化率、其壓強平衡常數；以及此時反應速率通過三段式計算；

（3）厭氧細菌可將葡萄糖轉化為CH4和H2，提高H2的產率的最佳溫度，由圖知；與甲烷水蒸氣重整制氫相比的優點從反應的難易程度及環保、經濟等角度來考察。

（1）已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H1=-890.3kJ·mol-1②CO(g)+O2(g)=CO(g) H2=-283.0kJ·mol-1③H2(g)+O2(g)=H2O(l) H3=-285.8kJmol-1④CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H4=-41.0kJmol-1，根據蓋斯定律，①+④2×②2×③即得甲烷水蒸氣的重整反應方程式為CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，則甲烷水蒸氣重整反應ΔH=ΔH1+ΔH42ΔH22ΔH3=(890.341+2×283.0+2×285.8) kJmol1=+206.3 kJmol1；

答案為：+206.3；

（2）①平衡溫度一定時，H2的物質的量分數與水碳比(1~10)的關系，由圖中曲線走勢可知；

答案為：水碳比越大，H2的物質的量分數越大；

水碳比越大，H2的物質的量分數越大的原因，從生成氫氣的反應可知，除了甲烷水蒸氣的重整反應生成氫氣外，一氧化碳和水也會反應產生氫氣；

答案為：當水碳比較大時，CO會與H2O反應生成H2，使H2的物質的量分數增大；

②操作壓強為0.1MPa、平衡溫度為900℃條件下，水碳比為1.0時，H2的物質的量分數為0.6，設甲烷和H2O的物質的量均為amol，達化學平衡時，甲烷消耗x，

，則CH4的轉化率

答案為：66.67%；

已知：氣體分壓=氣體的物質的量分數×總壓， ，,壓強平衡常數為；

答案為：4.32×102(MPa)2；

反應速率方程為v=kp(CH4)p-1(H2)，此時反應速率 ；

答案為： ；

（3）厭氧細菌可將葡萄糖轉化為CH4和H2，pH為5.5時，若要提高H2的產率，降低甲烷產率，最佳溫度為80℃；與甲烷水蒸氣重整制氫相比其優點有原料來源廣、制取H2溫度低、不會產生CO等有害氣體等；

答案為：80℃；原料來源廣、制取H2溫度低、不會產生CO等有害氣體等。