15.甲烷是重要的資源,通過(guò)下列過(guò)程可實(shí)現(xiàn)由甲烷到氫氣的轉(zhuǎn)化。
(1)500℃時(shí),CH
4與H
2O重整主要發(fā)生下列反應(yīng):
CH
4(g)+H
2O(g)?CO(g)+3H
2(g)
CO(g)+H
2O(g)?H
2(g)+CO
2(g)
已知CaO(s)+CO
2(g)=CaCO
3(s)ΔH=-178.8kJ?mol
-1。向重整反應(yīng)體系中加入適量多孔CaO,其優(yōu)點(diǎn)是
。
(2)CH
4與CO
2重整的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為
反應(yīng)I:CH
4(g)+CO
2(g)=2CO(g)+2H
2(g)ΔH=+246.5kJ?mol
-1反應(yīng)II:H
2(g)+CO
2(g)=CO(g)+H
2O(g)ΔH=+41.2kJ?mol
-1反應(yīng)III:2CO(g)=CO
2(g)+C(s)ΔH=-172.5kJ?mol
-1①在CH
4與CO
2重整體系中通入適量H
2O(g),可減少C(s)的生成,反應(yīng)3CH
4(g)+CO
2(g)+2H
2O(g)=4CO(g)+8H
2(g)的ΔH=
。
②1.01×10
5Pa下,將n
起始(CO
2):n
起始(CH
4)=1:1的混合氣體置于密閉容器中,不同溫度下重整體系中CH
4和CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖1所示。800℃下CO
2平衡轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)大于600℃下CO
2平衡轉(zhuǎn)化率,其原因是
。
(3)利用銅-鈰氧化物(xCuO?yCeO
2,Ce是活潑金屬)催化氧化可除去H
2中少量CO,催化氧化過(guò)程中Cu、Ce的化合價(jià)均發(fā)生變化,可能機(jī)理如圖2所示。將n(CO):n(O
2):n(H
2):n(N
2)=1:1:49:49的混合氣體以一定流速通過(guò)裝有xCuO?yCeO
2催化劑的反應(yīng)器,CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如圖3所示。
①Ce基態(tài)原子核外電子排布式為[Xe]4f
15d
16s
2,圖2所示機(jī)理的步驟(i)中,元素Cu、Ce化合價(jià)發(fā)生的變化為
。
②當(dāng)催化氧化溫度超過(guò)150℃時(shí),催化劑的催化活性下降,其可能原因是
。