Question

甲醇水蒸气催化重整反应是生产氢能的有效方法之一。

(1)甲醇水蒸气重整制氢存在以下副反应：(已知a、b均大于零)

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

Ⅱ：水蒸气变换：CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+ H₂(g)    △H= kJ·mol^-1

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

(2)甲醇分解与水蒸气变换反应K_p与温度关系见下表：

①698K时．CH₃OH(g) +H₂O(g)⇌CO₂(g)+ 3H₂(g)的K_p=___________。(保留小数点后二位)

②在较高温度下进行该反应．发现平衡时体系中CO含量偏高的原因是_____________。

(3)甲醇水蒸气重整反应的可能机理如图甲所示．结合下表分析CH₃OH →CH₃O的主要反应为______________(填序号)，解释原因______________________________________________________________。

(4)某研究小组对重整反应温度(T)与水醇比()进行优化，得到图乙、丙。

结合图乙分析温度、水醇比与甲醇平衡转化率的关系：________________.

②在图中用阴影画出最优化的反应条件区域(下图为乙和丙组合的平面图，实线为甲醇平衡转化率，虚线为CO物质的量分数)：______________

Answer

a-b 温度升高，反应I正向移动，反应II逆向移动，都会使CO浓度升高 A 反应C的活化能最小，但反应C要用到反应B生成的OH，而反应B活化能非常大，不易发生反应，除了C，反应A活化能小最容易反应，所以主要反应为A； 升高温度，水醇比越大，甲醇转化率越大

【解析】

(1)根据盖斯定律，目标方程为甲醇分解、水蒸气变换两方程叠加，焓变为a-b；

(2) ①Ⅰ、甲醇分【解析】
CH3OH(g)⇌ CO(g)+2H2(g)的平衡常数为KP1，Ⅱ、水蒸气变换：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+ H2(g)的平衡常数为KP2，反应I+II得到CH3OH(g) +H2O(g)⇌CO2(g)+ 3H2(g)的平衡常数KP=KP1×KP2，698K时KP1=1.8×105，KP2=9.339，所以；

②由题给信息知，反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，使体系中CO含量增大；反应Ⅱ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，也使体系中CO含量增大，故平衡体系中CO含量高；

故答案为：；温度升高，反应I正向移动，反应II逆向移动，都会使CO浓度升高；

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

(4) ①图乙是温度、水醇比与甲醇的平衡转化率的关系图，分析可知：当水醇比一定时如1.00，温度升高，甲醇的平衡转化率增大，温度一定(200℃)时，水醇比减小则甲醇的平衡转化率降低，所以温度、水醇比与甲醇的平衡转化率的关系为温度越高、水醇比相对越大，甲醇的平衡转化率越高；

②由图可知：甲醇的平衡转化率最高(为100%)所在曲线与CO的物质的量分数最低(为0.5%)所在曲线围成的区域即为最优化的反应条件区域：温度260℃左右、水醇比1.8以上，此时甲醇的平衡转化率最高，CO的物质的量分数最低，如图阴影部分：；

故答案为：升高温度，水醇比越大，甲醇转化率越大；。