Question

【題目】甲醇水蒸氣催化重整反應(yīng)是生產(chǎn)氫能的有效方法之一。

(1)甲醇水蒸氣重整制氫存在以下副反應(yīng)：(已知a、b均大于零)

Ⅰ：甲醇分解 ：CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) △H= +akJ·mol-1

Ⅱ：水蒸氣變換：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g) △H= kJ·mol-1

催化重整反應(yīng)：CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+ 3H2(g) △H=________kJ·mol-1

(2)甲醇分解與水蒸氣變換反應(yīng)Kp與溫度關(guān)系見(jiàn)下表：

①698K時(shí)．CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+ 3H2(g)的Kp=___________。(保留小數(shù)點(diǎn)后二位)

②在較高溫度下進(jìn)行該反應(yīng)．發(fā)現(xiàn)平衡時(shí)體系中CO含量偏高的原因是_____________。

(3)甲醇水蒸氣重整反應(yīng)的可能機(jī)理如圖甲所示．結(jié)合下表分析CH3OH →CH3O的主要反應(yīng)為______________(填序號(hào))，解釋原因______________________________________________________________。

(4)某研究小組對(duì)重整反應(yīng)溫度(T)與水醇比()進(jìn)行優(yōu)化，得到圖乙、丙。

結(jié)合圖乙分析溫度、水醇比與甲醇平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：________________.

②在圖中用陰影畫(huà)出最優(yōu)化的反應(yīng)條件區(qū)域(下圖為乙和丙組合的平面圖，實(shí)線為甲醇平衡轉(zhuǎn)化率，虛線為CO物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))：______________

Answer 1

【答案】a-b 溫度升高，反應(yīng)I正向移動(dòng)，反應(yīng)II逆向移動(dòng)，都會(huì)使CO濃度升高 A 反應(yīng)C的活化能最小，但反應(yīng)C要用到反應(yīng)B生成的OH，而反應(yīng)B活化能非常大，不易發(fā)生反應(yīng)，除了C，反應(yīng)A活化能小最容易反應(yīng)，所以主要反應(yīng)為A； 升高溫度，水醇比越大，甲醇轉(zhuǎn)化率越大

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)方程為甲醇分解、水蒸氣變換兩方程疊加，焓變?yōu)?/span>a-b；

(2) ①Ⅰ、甲醇分解：CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)的平衡常數(shù)為KP1，Ⅱ、水蒸氣變換：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g)的平衡常數(shù)為KP2，反應(yīng)I+II得到CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+ 3H2(g)的平衡常數(shù)KP=KP1×KP2，698K時(shí)KP1=1.8×105，KP2=9.339，所以；

②由題給信息知，反應(yīng)Ⅰ為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，使體系中CO含量增大；反應(yīng)Ⅱ?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，也使體系中CO含量增大，故平衡體系中CO含量高；

故答案為：；溫度升高，反應(yīng)I正向移動(dòng)，反應(yīng)II逆向移動(dòng)，都會(huì)使CO濃度升高；

(3) 反應(yīng)C的活化能最小，但反應(yīng)C要用到反應(yīng)B生成的OH，而反應(yīng)B活化能非常大，不易發(fā)生反應(yīng)，除了C，反應(yīng)A活化能小最容易反應(yīng)，所以主要反應(yīng)為A；

(4) ①圖乙是溫度、水醇比與甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖，分析可知：當(dāng)水醇比一定時(shí)如1.00，溫度升高，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率增大，溫度一定(200℃)時(shí)，水醇比減小則甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率降低，所以溫度、水醇比與甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為溫度越高、水醇比相對(duì)越大，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率越高；

②由圖可知：甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率最高(為100%)所在曲線與CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最低(為0.5%)所在曲線圍成的區(qū)域即為最優(yōu)化的反應(yīng)條件區(qū)域：溫度260℃左右、水醇比1.8以上，此時(shí)甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率最高，CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最低，如圖陰影部分：；

故答案為：升高溫度，水醇比越大，甲醇轉(zhuǎn)化率越大；。