(10分)汽车工业是世界上仅次于石油化工的第二大产业,传统汽车不仅消耗大量的石油资源,而且造成了严重的大气污染,汽车工业正积极寻求新的动力源,燃料电池有可能取代内燃机成为新一代汽车的动力。下图是一种甲醇制氢质子交换膜(PEMFC)燃料电池的工作示意图:
甲醇制氢气的主要途径有:
①CH3OH(g)+H2O (g)→3H2(g)+ CO2(g) △H= +49.0 kJ·mol-1
②CH3OH(g) + 1 /2O2(g) →2H2(g)+ CO2(g) △H= -192.9 kJ·mol-1
请回答下列问题:
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(1)反应①为 (“放”或“吸”)热反应,右图表示反应①在反应进行过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化示意图。试在答题纸对应的图像中用虚线表示在反应中使用催化剂后能量的变化情况。
(2)催化重整段中把两种甲醇制取氢气的方法联合起来制 氢,其目的是 (写出一条即可) 。
(3)PEMFC工作时所产生的尾气(主要成份为H2)可循环应用于催化燃烧供热,则H2燃烧生成气态水时反应的热化学方程式为 。
(4)甲醇制氢质子交换膜燃料电池取代内燃机成为新一代汽车的动力,其优点有 。(填字母编号)
a.减少氮氧化物的排放 b.减少SO2的排放
c.降低对石油等化石燃料的依赖性 d.能量利用率高
(10分)
以天然气为原料经由合成气(CO 、H2)制化学品是目前天然气转化利用的主导技术路线,主要工艺有以下几种:
(1)甲烷的部分氧化。其反应式如下:
CH4(g) + 1/2O2 (g)=CO (g) + 2H2(g);ΔH =-35.6 kJ·mol-1。
则该反应的ΔS ▲ 0(填“>”、“<”或“=”)。
有研究认为甲烷部分氧化的机理为:
① CH4(g) + 2O2 (g) =CO 2(g) + 2H2O(g);ΔH1=-890.3 kJ·mol-1
② CH4(g) + CO2 (g) = 2CO (g) + 2H2(g);ΔH2=247.3 kJ·mol-1
③ CH4(g) + H2O (g) = CO (g) + 3H2(g);ΔH3= ▲ kJ·mol-1
(2)甲烷水蒸汽催化重整。如右上图所示热氦气从下部流入提供能量。由甲烷和水蒸汽混合气从催化管的上部流入,从下端出来后再向上进入中心管。根据下表数据计算甲烷的转化率为 ▲ 。
| 气体 | 进口温度/℃ | 进口压强/MPa | 进口流量/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。高温下,该反应速率明显降低的原因可能是 ▲ 。
(4)甲烷的部分氧化与重整耦合。以天然气为燃料的发电尾气(主要含CO2、H2O、O2 和N2)与甲烷可直接用于制合成气。下列说法错误的是 ▲ (填序号)。
A.直接利用烟气中的CO2,可以大规模地减少 CO2的排放量
B.发电尾气的出口温度较高,可以利用以节约能量
C.使用恰当的催化剂可以增大甲烷的转化率
D.因发电尾气反应中包含甲烷燃烧,可实现部分热量自供,可降低成本