太陽能甲烷-水蒸氣重整制氫過程因具有反應(yīng)物儲量豐富、成本低、產(chǎn)量高等特點而被廣泛采用。制氫過程中發(fā)生的反應(yīng)為CH
4(g)+H
2O(g)?3H
2(g)+CO(g)。
(1)已知:幾種化學鍵的鍵能(鍵能為1mol氣態(tài)分子離解成氣態(tài)原子所吸收的能量或氣態(tài)原子形成1mol氣態(tài)分子所釋放的能量)如表。
化學鍵 |
C-H |
O-H |
H-H |
C≡0 |
鍵能/(kJ?mol-1) |
413 |
463 |
436 |
1071 |
請計算反應(yīng)CH
4(g)+H
2O(g)═3H
2(g)+CO(g)的ΔH=
+199
+199
kJ?mol
-1。
(2)加壓使CH
4平衡轉(zhuǎn)化率降低,但工業(yè)生產(chǎn)中仍采用較高的壓強,原因可能為
反應(yīng)速率較快(或提高催化劑的效果)生成物的產(chǎn)量多,有利于搞高經(jīng)濟效益
反應(yīng)速率較快(或提高催化劑的效果)生成物的產(chǎn)量多,有利于搞高經(jīng)濟效益
(填一條即可,下同),為彌補加壓帶來的不利因素,可采取的措施為
增加H2O(g)濃度(或升高體系的溫度)
增加H2O(g)濃度(或升高體系的溫度)
。
(3)T℃下,向2L恒容密閉容器中充入1molCH
4(g)和2molH
2O(g),發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過程中總壓強隨時間的變化關(guān)系如圖所示。
①0~10min內(nèi),H
2的平均反應(yīng)速率為
0.1125
0.1125
mol?L
-1?min
-1。
②甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率為
75
75
%。
③K
p為用平衡分壓代替平衡濃度表示的平衡常數(shù)(分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)),則T℃下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K
p為
12.15
12.15
(MPa)
2。
④平衡后保持溫度和容積不變,再向容器中充入0.25molCH
4(g)和0.25molH
2(g),此時v正
>
>
(填“>”、“<”或“=”)v逆。