20.二氧化碳加氫制甲醇和甲烷重整對(duì)碳資源利用具有重要的戰(zhàn)略意義?;卮鹣铝袉?wèn)題:
Ⅰ.CO2加氫選擇合成甲醇的主要反應(yīng)如下:
①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1(298K)
②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2(298K)
③CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH3(298K)
?
(1)在一定溫度下,由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)的焓變叫做該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓,如表為298K時(shí)幾種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(ΔfHmθ)。
物質(zhì) |
H2(g) |
O2(g) |
CO(g) |
CO2(g) |
H2O(g) |
CH3OH(g) |
ΔfHmθ(kJ?mol-1) |
0 |
0 |
-110.5 |
-393.5 |
-241.8 |
-201.2 |
有利于反應(yīng)①自發(fā)進(jìn)行的條件是
(填“高溫”或“低溫”),ΔH
2(298K)=
kJ?mol
-1,有利于提高甲醇平衡產(chǎn)率的措施有
(至少回答2條)。
(2)反應(yīng)②的反應(yīng)速率v=v
正-v
逆=k
正c(CO
2)c(H
2)-k
逆c
m (CO)c
n (H
2O),其中k
正、k
逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
,則m=
,升高溫度時(shí)lgk
正-lgk
逆
(填“增大”、“減小”或“不變”)。
Ⅱ.甲烷重整工藝主要包括甲烷水蒸氣重整制氫、甲烷部分氧化重整制氫、甲烷二氧化碳重整制氫、甲烷三重整制氫等。
(3)甲烷三重整制氫的逆反應(yīng)3H
2(g)+CO(g)?CH
4(g)+H
2O(g)。若將H
2與CO按物質(zhì)的量之比3:1加入反應(yīng)裝置,在不同條件下達(dá)到平衡時(shí)甲烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x(CH
4),在t=250℃條件下x(CH
4)與p的關(guān)系、在p=5×10
5Pa條件下x(CH
4)與t的關(guān)系如圖a所示。當(dāng)CO的平衡轉(zhuǎn)化率為
時(shí),反應(yīng)條件可能是
;圖a中能表示相同狀態(tài)下、相同平衡狀態(tài)的點(diǎn)是
。210℃時(shí),甲烷三重整制氫反應(yīng)的在該溫度下,反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K
θ=
[已知:分壓=總壓×該組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),對(duì)于反應(yīng)dD(g)+eE(g)?gG(g)+hH(g),K
θ=
,其中p
θ=100kPa,P
G、P
H、P
D、P
E為各組分的平衡分壓]。甲烷三重整制氫工業(yè)一般將反應(yīng)溫度設(shè)置為750~920℃,將反應(yīng)壓力設(shè)置為2~3MPa,并向轉(zhuǎn)化爐內(nèi)通入空氣或氧氣,通入空氣或氧氣的目的是
。
(4)同時(shí)進(jìn)行甲烷與二氧化碳的重整反應(yīng)制備合成氣是當(dāng)前的研究熱點(diǎn),反應(yīng)為④CH
4+CO
2═2CO+2H
2,該反應(yīng)的Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖b所示,已知Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式Rlnk=-
+C(E
a為活化能,k為速率常數(shù),R和C為常數(shù))。反應(yīng)④的逆反應(yīng)活化能為
kJ?mol
-1。(用含“x
1、y
1、x
2、y
2”的式子表示)