甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整．向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：反应过程化学方程式焓变△H（kJ/mol）活化能Ea（k

Question

甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸气重整．向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：

反应过程	化学方程式	焓变△H（kJ/mol）	活化能Ea（kJ/mol）
甲烷氧化	CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）	-802.6	125.6
	CH4（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2（g）	-322.0	172.5
蒸汽重整	CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）	206.2	240.1
	CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）	165.0	243.9

回答下列问题：
（1）反应CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的△H=___kJ•mol^-1．
（2）在初始阶段，甲烷蒸气重整的反应速率___甲烷氧化的反应速率（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可表示平衡常数（记作K_p），则反应CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）的K_p=___； 随着温度的升高，该平衡常数___（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于___．
（5）在某一给定进料比的情况下，温度、压强对H₂和CO物质的量分数的影响如下图：

①若要达到H₂物质的量分数>65%、CO物质的量分数<10%，以下条件中最合适的是___．
A.600℃，0.9MPa     B.700℃，0.9Mpa
C.800℃，1.5MPa     D.1 000℃，1.5MPa
②画出600℃，0.1MPa条件下，系统中H₂物质的量分数随反应时间（从常温进料开始计时）的变化趋势示意图：

（6）如果进料中氧气量过大，最终导致H₂物质的量分数降低，原因是___．

Answer 1

（1）已知：①CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ/mol
根据盖斯定律，①-②可得反应：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），故△H=165.0kJ/mol-206.2kJ/mol=-41.2kJ/mol，
故答案为：-41.2；
（2）由表中数据可知，甲烷氧化的活化能低于蒸气重整的活化能，活化能越低，反应速率越快，故初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率小于甲烷氧化的反应速率，故答案为：小于；
（3）可知反应CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）的K_P=(p3(H2)×p(CO))/(p(CH4)×p(H2O))；
该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应移动，平衡常数增大，
故答案为：(p3(H2)×p(CO))/(p(CH4)×p(H2O))；增大；
（4）从能量的角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于：放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量，提高能源的利用率，
故答案为：放热的甲烷氧化反应为吸热的蒸气重整提供能量；
（5）①由图中数据可知，0.9 MPa时，H₂的物质的量分数>65%，CO物质的量分数<10%，则700℃符合，1.5 MPa时，H₂的物质的量分数>65%，则温度要高于750℃，CO物质的量分数<10%，低于750℃，矛盾，故B正确，ACD错误，
故选：B；
②起始进料时H₂的物质的量分数为0，结合图象可知600℃，0.1 MPa的条件下，平衡时系统中H₂的物质的量分数达到70%，H₂的物质的量分数随时间变化的示意图为，故答案为：；
（6）如果反应过程中进氧气的量过大，会导致生成的氢气和氧气反应，导致质量分数降低，故答案为：导致生成的氢气和氧气反应．