Question

【题目】甲烷水蒸气的重整反应是工业制备氢气的重要方式，其化学反应方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。回答下列问题：

（1）已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H1=-890.3kJ·mol-1

CO(g)+O2(g)=CO(g) H2=-283.0kJ·mol-1

H2(g)+O2(g)=H2O(l) H3=-285.8kJmol-1

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H4=-41.0kJmol-1

则甲烷水蒸气重整反应的△H=__kJ·mol-1。

（2）通过计算机模拟实验，对400~1200℃、操作压强为0.1MPa条件下，不同水碳比(1~10)进行了热力学计算，反应平衡体系中H2的物质的量分数与水碳比、平衡温度的关系如图所示。

①H2的物质的量分数与水碳比(1~10)的关系是平衡温度一定时，__；其原因是__。

②据模拟实验可知，平衡温度为900℃，水碳比为1.0时，H2的物质的量分数为0.6，CH4的转化率为__，其压强平衡常数为__；反应速率方程为v=kp(CH4)p-1(H2)，此时反应速率=__(已知：气体分压=气体的物质的量分数×总压，速率方程中k为速率常数)。

（3）厌氧细菌可将葡萄糖转化为CH4和H2，pH为5.5时不同热预处理温度和时间下的甲烷和氢气的产率如图所示，若要提高H2的产率，最佳温度为__；与甲烷水蒸气重整制氢相比其优点有__(至少写两点)。

Answer 1

【答案】+206.3 水碳比越大，H2的物质的量分数越大 水碳比较大时，CO会与H2O进一步反应生成H2，使H2的物质的量分数增大 66.67% 4.32×102(MPa)2 80℃ 原料来源广、制取H2温度低、不会产生CO等有害气体等

【解析】

（1）用盖斯定律求甲烷水蒸气重整反应的△H；

（2）①H2的物质的量分数与水碳比(1~10)的关系由图知；原因从生成氢气的反应角度来回答；

②平衡温度为900℃，水碳比为1.0时，H2的物质的量分数为0.6，CH4的转化率、其压强平衡常数；以及此时反应速率通过三段式计算；

（3）厌氧细菌可将葡萄糖转化为CH4和H2，提高H2的产率的最佳温度，由图知；与甲烷水蒸气重整制氢相比的优点从反应的难易程度及环保、经济等角度来考察。

（1）已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H1=-890.3kJ·mol-1②CO(g)+O2(g)=CO(g) H2=-283.0kJ·mol-1③H2(g)+O2(g)=H2O(l) H3=-285.8kJmol-1④CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H4=-41.0kJmol-1，根据盖斯定律，①+④2×②2×③即得甲烷水蒸气的重整反应方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，则甲烷水蒸气重整反应ΔH=ΔH1+ΔH42ΔH22ΔH3=(890.341+2×283.0+2×285.8) kJmol1=+206.3 kJmol1；

答案为：+206.3；

（2）①平衡温度一定时，H2的物质的量分数与水碳比(1~10)的关系，由图中曲线走势可知；

答案为：水碳比越大，H2的物质的量分数越大；

水碳比越大，H2的物质的量分数越大的原因，从生成氢气的反应可知，除了甲烷水蒸气的重整反应生成氢气外，一氧化碳和水也会反应产生氢气；

答案为：当水碳比较大时，CO会与H2O反应生成H2，使H2的物质的量分数增大；

②操作压强为0.1MPa、平衡温度为900℃条件下，水碳比为1.0时，H2的物质的量分数为0.6，设甲烷和H2O的物质的量均为amol，达化学平衡时，甲烷消耗x，

，则CH4的转化率

答案为：66.67%；

已知：气体分压=气体的物质的量分数×总压， ，,压强平衡常数为；

答案为：4.32×102(MPa)2；

反应速率方程为v=kp(CH4)p-1(H2)，此时反应速率 ；

答案为： ；

（3）厌氧细菌可将葡萄糖转化为CH4和H2，pH为5.5时，若要提高H2的产率，降低甲烷产率，最佳温度为80℃；与甲烷水蒸气重整制氢相比其优点有原料来源广、制取H2温度低、不会产生CO等有害气体等；

答案为：80℃；原料来源广、制取H2温度低、不会产生CO等有害气体等。