17.甲烷水汽重整反應是我國主要的制氫技術,有關反應如下:
反應i:CH
4(g)+H
2O(g)?CO(g)+3H
2(g)ΔH
1=akJ?mol
-1;
反應ii:CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g)ΔH
2=bkJ?mol
-1。
回答下列問題:
(1)反應i、反應ii的平衡常數(shù)分別為K
1=1.198×
、K
2=1.767×
,反應溫度為T℃。
①b
(填“<”或“>”)0。
②對于反應i,v
正=k
正(CH
4)?c(H
2O),v
逆=k
逆c(CO)?c
3(H
2)(k
正、k
逆為速率常數(shù),僅與溫度有關)。向等壓密閉容器中充入2molCH
4、2molH
2O僅發(fā)生反應i,達到平衡后生成1molCO和3molH
2。下列說法不正確的是
(填標號)。
A.CO的體積分數(shù)保持不變能判斷反應處于平衡狀態(tài)
B.及時分離出CO,有利于提高甲烷的轉化率
C.1000℃時,k
正一定小于k
逆D.其他條件不變,達平衡后再向容器中充入1molCH
4,1molH
2O、1molCO、3molH
2,則v
正>v
逆(2)一定溫度下,向恒容密閉反應器中通入CH
4和H
2O(g),起始時CH
4和H
2O(g)的分壓分別為1MPa、3MPa,發(fā)生反應i和反應ii。反應進行t
1min時達到平衡狀態(tài),此時CO、CO
2的分壓分別為mMPa、nMPa。
①H
2(g)的平衡分壓為
MPa(用含m,n的代數(shù)式表示,下同)。
②反應ii的K
p=
(用平衡時各物質的分壓代替物質的量濃度)。
(3)復合載氧體可以氧化甲烷制取合成氣(CO、H
2),如圖為350℃時載氧體的質量與時間的關系[一定條件下有積碳反應發(fā)生,反應iii:2CO(g)?CO
2(g)+C(s)或反應iv:CH
4(g)?C(s)+2H
2(g)]。
①從開始到13min的時候,曲線呈下降趨勢的原因主要是甲烷還原載氧體,載氧體失去氧而出現(xiàn)失重的情況;反應在13~15min時,出現(xiàn)了一個短暫的小平臺,其主要的原因是
。
②已知ΔG=-RTlnK,反應iii和反應iv的lnK與溫度的關系如圖所示,則350℃時,主要發(fā)生的積碳反應是
,共理由是
。