Question

（2010?江蘇二模）以天然氣為原料經(jīng)由合成氣（CO、H₂）制化學(xué)品是目前天然氣轉(zhuǎn)化利用的主導(dǎo)技術(shù)路線，主要工藝有以下幾種：
（1）甲烷的部分氧化．其反應(yīng)式如下：
CH₄（g）+

1

2

O₂ （g）═CO （g）+2H₂（g）；△H=-35.6kJ?mol^-1．
則該反應(yīng)的△S

＞

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
有研究認(rèn)為甲烷部分氧化的機(jī)理為：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁=-890.3kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）；△H₂=247.3kJ?mol^-1
③CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；△H₃=

250.3

kJ?mol^-1
（2）甲烷水蒸汽催化重整．如右上圖所示熱氦氣從下部流入提供能量．由甲烷和水蒸汽混合氣從催化管的上部流入，從下端出來后再向上進(jìn)入中心管．根據(jù)下表數(shù)據(jù)計(jì)算甲烷的轉(zhuǎn)化率為

55%

．

氣體	進(jìn)口溫度/℃	進(jìn)口壓強(qiáng)/MPa	進(jìn)口流量/g?s-1	出口流量/g?s-1
甲烷	464	4.26	12	5.4

（3）甲烷二氧化碳催化重整．高溫下，該反應(yīng)速率明顯降低的原因可能是

溫度過高催化劑失去活性或甲烷在高溫條件下分解產(chǎn)生炭黑影響該反應(yīng)速率

．
（4）甲烷的部分氧化與重整耦合．以天然氣為燃料的發(fā)電尾氣（主要含CO₂、H₂O、O₂ 和N₂）與甲烷可直接用于制合成氣．下列說法錯(cuò)誤的是

C

（填序號(hào)）．
A．直接利用煙氣中的CO₂，可以大規(guī)模地減少 CO₂的排放量
B．發(fā)電尾氣的出口溫度較高，可以利用以節(jié)約能量
C．使用恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┛梢栽龃蠹淄榈霓D(zhuǎn)化率
D．因發(fā)電尾氣反應(yīng)中包含甲烷燃燒，可實(shí)現(xiàn)部分熱量自供，可降低成本．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)產(chǎn)物和反應(yīng)物之間氣體物質(zhì)的量之間的關(guān)系來回答，根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（2）根據(jù)出口流量和進(jìn)口流量來計(jì)算甲烷的轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)催化劑受溫度的影響來判斷反應(yīng)速率明顯降低的原因；
（4）根據(jù)反應(yīng)中二氧化碳的量的控制以及催化劑不會(huì)改變化學(xué)平衡的移動(dòng)來回答．

解答：解：（1）反應(yīng)CH₄（g）+

1

2

O₂ （g）═CO （g）+2H₂（g）前后氣體體積增大的反應(yīng)，熵變減少大于0；根據(jù)蓋斯定律，利用題干所給的熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律得到CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；△H₃=250.3KJ/mol，故答案為：＞；250.3；
（2）甲烷的轉(zhuǎn)化率=

12-5.4

12

×100%=55%，故答案為：55%；
（3）溫度過高，會(huì)使得催化劑失去活性，影響該反應(yīng)速率，此外甲烷在高溫條件下分解產(chǎn)生炭黑也影響該反應(yīng)速率，故答案為：溫度過高催化劑失去活性或甲烷在高溫條件下分解產(chǎn)生炭黑影響該反應(yīng)速率；
（4）A．直接利用煙氣中的CO₂，可以大規(guī)模地減少CO₂的排放量，故A正確；
B．發(fā)電尾氣的出口溫度較高，可以利用此溫度以節(jié)約能量，故B正確；
C．使用催化劑只可以改變化學(xué)反應(yīng)速率，不可以改變甲烷的轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；
D．發(fā)電尾氣反應(yīng)中包含甲烷燃燒，該燃燒過程會(huì)放出大量的熱，利用這些能量這樣可實(shí)現(xiàn)部分熱量自供，可降低成本，故D正確．
故選C．

點(diǎn)評(píng)：本題目是一道有關(guān)熱化學(xué)知識(shí)的綜合考查題，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度大．