氫能是一種理想的綠色能源,一種太陽能兩步法甲烷蒸氣重整制氫原理合成示意圖如下,
回答下列問題:
(1)第Ⅰ步NiFe
2O
4(s)+CH
4(g)?NiO(s)+2FeO(s)+CO(g)+2H
2(g) ΔH
1=akJ?mol
-1總反應可表示為CH
4(g)+H
2O(g)?CO(g)+3H
2(g) ΔH
2=bkJ?mol
-1。
寫出第Ⅱ步反應的熱化學方程式:
NiO(s)+2FeO(s)+H2O(g)?NiFe2O4(s)+H2(g) ΔH=(b-a)kJ?mol-1
NiO(s)+2FeO(s)+H2O(g)?NiFe2O4(s)+H2(g) ΔH=(b-a)kJ?mol-1
。
(2)第Ⅰ、Ⅱ步反應的lgK
p-T圖像如圖:由圖像可知a
大于
大于
b(填“大于”或“小于”),1000℃時,第Ⅱ步反應的化學平衡常數(shù)K
p=
10
10
,測得該溫度下第Ⅰ步反應平衡時CH
4的平衡分壓p(CH
4)=4.0kPa,則平衡混合氣體中H
2的體積分數(shù)為
58.8%
58.8%
(保留一位小數(shù))。
(3)實驗測得分步制氫比直接利用CH
4和H
2O反應具有更高的反應效率,原因是:
甲烷蒸氣重整的過程中,NiFe2O4(s)作為催化劑,改變了反應的歷程,降低了活化能,加快了反應速率
甲烷蒸氣重整的過程中,NiFe2O4(s)作為催化劑,改變了反應的歷程,降低了活化能,加快了反應速率
。
(4)第Ⅰ步反應產(chǎn)生的合成氣(CO和H
2的混合氣體)可用于F-T合成(以合成氣為原料在催化劑和適當條件下合成碳氫化合物的工藝過程)。合成碳氫化合物時易發(fā)生副反應CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g),如圖為相同條件下用不同催化劑在不同時間段測得反應體系內(nèi)CO
2的體積分數(shù),據(jù)此應選擇的催化劑是
Ⅱ
Ⅱ
(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),選擇的依據(jù)是
催化劑Ⅱ對主反應選擇性高(或催化劑Ⅱ抑制 CO2生成,減少了副產(chǎn)物)
催化劑Ⅱ對主反應選擇性高(或催化劑Ⅱ抑制 CO2生成,減少了副產(chǎn)物)
。