20.CH4-CO2重整反應(yīng)[CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247kJ?mol-1]可以生成合成氣。如何減少反應(yīng)過(guò)程中的積炭,是研究的熱點(diǎn)之一。某條件下,發(fā)生主反應(yīng)的同時(shí),還發(fā)生了積炭反應(yīng):CO歧化:2CO(g)═CO2(g)+C(s)ΔH1CH4裂解:CH4(g)═C(s)+2H2(g)ΔH2
(1)對(duì)上述兩個(gè)積炭反應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算,得到以下溫度和壓強(qiáng)對(duì)積炭反應(yīng)中平衡炭量的影響圖,其中表示溫度和壓強(qiáng)對(duì)CH4裂解反應(yīng)中平衡炭量影響的是
(填“圖a”或“圖b”),ΔH1
0(填“>”或“<”),
(填“高溫”或“低溫”)有利于CO歧化反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
(2)實(shí)驗(yàn)表明,在重整反應(yīng)中,為抑制積炭產(chǎn)生,應(yīng)選用高溫、低壓條件,由此可推斷,該重整反應(yīng)過(guò)程中的積炭主要由
反應(yīng)產(chǎn)生。
(3)一定條件下,CH4裂解的反應(yīng)歷程如圖c所示。該歷程分
步進(jìn)行,其中決定CH4裂解反應(yīng)快慢的基元反應(yīng)
(寫出化學(xué)方程式)。
(4)同溫下,某研究小組分別在容積相等的兩個(gè)恒容密閉容器中加入一定量的反應(yīng)物,控制反應(yīng)條件使其僅發(fā)生CH4-CO2重整反應(yīng),獲得如下數(shù)據(jù):
容器編號(hào) |
起始時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol |
CH4 平衡轉(zhuǎn)化率 |
達(dá)到平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)/MPa |
達(dá)到平衡時(shí)體系能量的變化 |
CH4 |
CO2 |
CO |
H2 |
ⅰ |
1 |
2 |
0 |
0 |
|
P |
吸收熱量: 123.5kJ |
ⅱ |
2 |
4 |
0 |
0 |
α |
|
|
①容器ⅰ中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),生成CO的物質(zhì)的量為
,容器ⅱ中反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)過(guò)程中吸收的熱量
,247kJ(填“>”、“<”或“=”)。
②容器ⅰ的容積變?yōu)樵瓉?lái)的一半,則CH
4平衡轉(zhuǎn)化率
α(填“>”“<”或“=”)。
③計(jì)算容器ⅱ中反應(yīng)的平衡常數(shù)K
p=
(MPa)
2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。