氫能是一種理想的綠色能源,利用太陽能兩步法甲烷蒸氣重整制氫,其原理合成示意圖如下:
回答下列問題:
(1)第Ⅰ步:NiFe2O4(s)+CH4(g)?NiO(s)+2FeO(s)+CO(g)+2H2(g) ΔH1=a kJ?mol-1??偡磻杀硎緸镃H4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g) ΔH2=b kJ?mol-1。寫出第Ⅱ步反應的熱化學方程式:
NiO(s)+2FeO(s)+H2O(g)?NiFe2O4(s)+H2(g) ΔH=(b-a)kJ?mol-1
NiO(s)+2FeO(s)+H2O(g)?NiFe2O4(s)+H2(g) ΔH=(b-a)kJ?mol-1
。
(2)第Ⅰ、Ⅱ步反應的lgKpT圖象如圖。
由圖象可知a 大于
大于
b(填“大于”或“小于”),1000℃時,第Ⅱ步反應的壓強平衡常數(shù)Kp=10
10
,測得該溫度下第Ⅰ步反應平衡時CH4的平衡分壓p(CH4)=4.0kPa,則平衡混合氣體中H2的體積分數(shù)為 58.8%
58.8%
(保留一位小數(shù))。
(3)第Ⅰ步反應產生的合成氣(CO和H2的混合氣體)可用于F-T合成(以合成氣為原料在催化劑和適當條件下合成碳氫化合物的工藝過程)。合成碳氫化合物時易發(fā)生副反應CO+H2O(g)?CO2+H2,如圖為相同條件下用不同催化劑在不同時間段測得反應體系內CO2的體積分數(shù),據此應選擇的催化劑是 Ⅱ
Ⅱ
(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),選擇的依據是 催化劑Ⅱ對主反應選擇性高(或催化劑Ⅱ抑制 CO2生成,減少了副產物)
催化劑Ⅱ對主反應選擇性高(或催化劑Ⅱ抑制 CO2生成,減少了副產物)
。
(4)對于反應CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.1 kJ?mol-1,反應速率v=v正-v逆=k正p(CO2)?p(H2)-k逆p(CO)?p(H2O),其中k正、k逆分別為正、逆反應速率常數(shù),p為氣體的分壓(分壓=總壓×物質的量分數(shù))。
①降低溫度,k正-k逆減小
減小
(填“增大”“減小”或“不變”);
②在TK、101 kPa下,按照n(CO2):n(H2)=1:1投料,CO2轉化率為50%時,=,用氣體分壓表示的平衡常數(shù)Kp=0.8
0.8
。