10.甲烷催化裂解制備乙烯、乙炔時涉及以下反應:
反應Ⅰ:2CH
4(g)?C
2H
2(g)+3H
2(g)ΔH
1=+376.4kJ?mol
-1反應Ⅱ:C
2H
2(g)+H
2(g)?C
2H
4(g)ΔH
2=-174.4kJ?mol
-1反應Ⅲ:CH
4(g)?C(s)+2H
2(g)ΔH
3=+74.8kJ?mol
-1反應Ⅳ:2CH
4(g)?C
2H
4(g)+2H
2(g)ΔH
4(1)ΔH
4=
。
(2)甲烷在固體催化劑表面發(fā)生反應Ⅰ的過程如圖所示。
①A、B、C狀態(tài)中,能量最高的是
。
②某溫度下,反應Ⅰ的v
E=k
??p
2(CH
4)v
g=k
??p(C
2H
2)p
3(H
2),(k為速率常數(shù)),部分數(shù)據(jù)如表所示。
p(C2H2)/MPa |
p(H2)/MPa |
v逆/(MPa?min-1) |
0.05 |
P1 |
4.8 |
P2 |
P1 |
19.2 |
P2 |
0.15 |
8.1 |
表中p
2=
,該溫度下k
逆=
MPa
3?min
-1;溫度升高,速率常數(shù)增大的倍數(shù):k
正
k
逆(填“>”“<”或“=”)。
(3)某溫度下,向恒容密閉容器中充入一定量CH
4(此時壓強為P
0),僅發(fā)生反應Ⅳ。
①測得平衡時p(H
2):p(CH
4)=2:1,則反應Ⅳ的K
p=
。
②若升高反應體系溫度,在相同時間內測得甲烷的轉化率與溫度的關系如圖所示。T
0℃之后甲烷轉化率減小的原因是
。
(4)一定條件下,甲烷裂解體系中幾種氣體的平衡分壓的對數(shù)與溫度的關系如圖所示。
①725℃時,反應Ⅰ、Ⅲ中,反應傾向較大的是
。
②工業(yè)上催化裂解甲烷常通入一定量的H
2,原因是
。