2030年前實現(xiàn)碳達峰的承諾,體現(xiàn)了中國的大國風范。甲烷和二氧化碳重整制合成氣的研究是實現(xiàn)碳達峰的手段之一。甲烷和二氧化碳重整制合成氣的反應為CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)ΔH1。
已知:i.部分化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表。
化學鍵 |
C-H |
C=O |
H-H |
C≡O |
鍵能/(kJ?mol-1) |
413 |
745 |
436 |
1011 |
ⅱ.副反應Ⅰ:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2=+41.5kJ?mol
-1副反應Ⅱ:CH
4(g)+H
2O(g)?CO(g)+3H
2(g)ΔH
3(1)①ΔH
1=
+248
+248
kJ?mol
-1,ΔH
3=
+206.5
+206.5
kJ?mol
-1。
②副反應Ⅱ?qū)儆?
熵增
熵增
(選填“熵增”或“熵減”)反應。
(2)已知甲烷和二氧化碳重整制合成氣反應的正反應速率v=kp
a(CH
4)?p
b(CO
2),k為速率常數(shù)。900℃時,其他反應條件不變,只改變p(CO
2)或p(CH
4)時,正反應速率v的變化如圖1所示。
①若CH
4和CO
2的分壓均為p
1時,a=
1
1
,b=
1
1
。
②若CH
4和CO
2的分壓相等,分別為p
2和p
3兩種情況下的正反應速率之比為
p2:p3
p2:p3
。
(3)在一定條件下,向某密閉容器中充入一定量的甲烷和二氧化碳,同時發(fā)生上述三個反應。反應過程中的CH
4平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度和壓強的關系如圖2所示。α(CH
4)值隨壓強升高而減小的原因為
加壓后,主反應逆向移動,副反應Ⅱ也逆向移動,α(CH4)減小
加壓后,主反應逆向移動,副反應Ⅱ也逆向移動,α(CH4)減小
;圖2中的溫度由大到小為
T1>T2>T3
T1>T2>T3
,其判斷理由為
主反應和副反應Ⅱ均為吸熱反應,溫度越高,CH4轉(zhuǎn)化率越高
主反應和副反應Ⅱ均為吸熱反應,溫度越高,CH4轉(zhuǎn)化率越高
。