Question

【題目】甲醇水蒸氣催化重整反應是生產氫能的有效方法之一。

(1)甲醇水蒸氣重整制氫存在以下副反應：(已知a、b均大于零)

Ⅰ：甲醇分解 ：CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) △H= +akJ·mol-1

Ⅱ：水蒸氣變換：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g) △H= kJ·mol-1

催化重整反應：CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+ 3H2(g) △H=________kJ·mol-1

(2)甲醇分解與水蒸氣變換反應Kp與溫度關系見下表：

①698K時．CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+ 3H2(g)的Kp=___________。(保留小數點后二位)

②在較高溫度下進行該反應．發現平衡時體系中CO含量偏高的原因是_____________。

(3)甲醇水蒸氣重整反應的可能機理如圖甲所示．結合下表分析CH3OH →CH3O的主要反應為______________(填序號)，解釋原因______________________________________________________________。

(4)某研究小組對重整反應溫度(T)與水醇比()進行優化，得到圖乙、丙。

結合圖乙分析溫度、水醇比與甲醇平衡轉化率的關系：________________.

②在圖中用陰影畫出最優化的反應條件區域(下圖為乙和丙組合的平面圖，實線為甲醇平衡轉化率，虛線為CO物質的量分數)：______________

Answer 1

【答案】a-b 溫度升高，反應I正向移動，反應II逆向移動，都會使CO濃度升高 A 反應C的活化能最小，但反應C要用到反應B生成的OH，而反應B活化能非常大，不易發生反應，除了C，反應A活化能小最容易反應，所以主要反應為A； 升高溫度，水醇比越大，甲醇轉化率越大

【解析】

(1)根據蓋斯定律，目標方程為甲醇分解、水蒸氣變換兩方程疊加，焓變為a-b；

(2) ①Ⅰ、甲醇分解：CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)的平衡常數為KP1，Ⅱ、水蒸氣變換：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g)的平衡常數為KP2，反應I+II得到CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+ 3H2(g)的平衡常數KP=KP1×KP2，698K時KP1=1.8×105，KP2=9.339，所以；

②由題給信息知，反應Ⅰ為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，使體系中CO含量增大；反應Ⅱ為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，也使體系中CO含量增大，故平衡體系中CO含量高；

故答案為：；溫度升高，反應I正向移動，反應II逆向移動，都會使CO濃度升高；

(3) 反應C的活化能最小，但反應C要用到反應B生成的OH，而反應B活化能非常大，不易發生反應，除了C，反應A活化能小最容易反應，所以主要反應為A；

(4) ①圖乙是溫度、水醇比與甲醇的平衡轉化率的關系圖，分析可知：當水醇比一定時如1.00，溫度升高，甲醇的平衡轉化率增大，溫度一定(200℃)時，水醇比減小則甲醇的平衡轉化率降低，所以溫度、水醇比與甲醇的平衡轉化率的關系為溫度越高、水醇比相對越大，甲醇的平衡轉化率越高；

②由圖可知：甲醇的平衡轉化率最高(為100%)所在曲線與CO的物質的量分數最低(為0.5%)所在曲線圍成的區域即為最優化的反應條件區域：溫度260℃左右、水醇比1.8以上，此時甲醇的平衡轉化率最高，CO的物質的量分數最低，如圖陰影部分：；

故答案為：升高溫度，水醇比越大，甲醇轉化率越大；。