Question

（12分）随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的开发利用受到越来越多的关注。以天然气为原料经由合成气（CO 、H₂）制化学品是目前天然气转化利用的主导技术路线，主要工艺有以下几种：

（1）甲烷的部分氧化。CH₄(g) + 1/2O₂ (g) = CO (g) + 2H₂(g)  ，△H = —35.6 kJ/mol。该反应是   ▲       反应（填“自发”、“非自发”或“一定条件下自发”）。有研究认为甲烷部分氧化的机理为：

①CH₄(g) + 2O₂ (g) = CO ₂(g) + 2H₂O(g)  ，△H₁ =—890.3 kJ/mol

②CH₄(g) + CO₂ (g) = 2CO (g) + 2H₂(g)  ，△H₂ = 247.3 kJ/mol

③CH₄(g) + H₂O (g) = CO (g) + 3H₂(g)  ，△H₃

反应③的△H₃=    ▲    。

（2）甲烷水蒸汽催化重整。如图，反应时热氦气从下部流入提供能量。由甲烷和水蒸汽组成的混合气从催化管的上部流入，发生吸热反应，混合气从下端出来后再向上进入中心管，其目的是     ▲       。根据下表数据计算甲烷

的转化率为       ▲       。

气体	进口温度/℃	进口压强/MPa	进口流量/g.s-1	出口流量/g.s-1
甲烷	464	4.26	12	5.4

（3）甲烷二氧化碳催化重整。高温下，该反应速率明显降低的原因可能是  ▲   。

（4）甲烷的部分氧化与重整耦合。以天然气为燃料的发电尾气（主要含CO₂、H₂O、O₂ 和N₂）与甲烷可直接用于制合成气，下列说法错误的是 ▲  。（填字母序号）

A．直接利用烟气中的CO₂，可以大规模地减少 CO₂的排放量

B．烟气的出口温度较高，可以显著地节约能量

C．使用恰当的催化剂可以增大甲烷的转化率

    D．由于反应体系中包含甲烷燃烧，可实现部分热量自供，降低成本

Answer 1

（12分）（1）自发，250.3 kJ/mol（4分）（2）加热催化管中温度较低的混合气，充分利用能量 。55%（4分）（3）催化剂失去活性或甲烷在高温条件下分解产生炭黑影响该反应速率（2分）（4）C（2分）