Question

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

1

2

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

＞

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
有研究認為甲烷部分氧化的機理為：
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入中心管．根據下表數據計算甲烷的轉化率為

55%

．

氣體	進口溫度/℃	進口壓強/MPa	進口流量/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生炭黑影響該反應速率

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

C

（填序號）．
A．直接利用煙氣中的CO₂，可以大規模地減少 CO₂的排放量
B．發電尾氣的出口溫度較高，可以利用以節約能量
C．使用恰當的催化劑可以增大甲烷的轉化率
D．因發電尾氣反應中包含甲烷燃燒，可實現部分熱量自供，可降低成本．

Answer 1

分析：（1）根據產物和反應物之間氣體物質的量之間的關系來回答，根據蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（2）根據出口流量和進口流量來計算甲烷的轉化率；
（3）根據催化劑受溫度的影響來判斷反應速率明顯降低的原因；
（4）根據反應中二氧化碳的量的控制以及催化劑不會改變化學平衡的移動來回答．

解答：解：（1）反應CH₄（g）+

1

2

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

12-5.4

12

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

點評：本題目是一道有關熱化學知識的綜合考查題，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度大．