氫能源是最具應用前景的能源之一，甲烷水蒸氣催化重整制氫（SMR）是一種制高純氫的方法，涉及的主要反應有：
反應a：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）ΔH₁=+206.2kJ?mol^-1
反應b：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）ΔH₂=-41.2kJ?mol^-1
（1）反應CH₄（g）+2H₂O（g）?CO₂（g）+4H₂（g）ΔH=

+165

+165

kJ?mol^-1。
（2）一定溫度下，將CH₄（g）和H₂O（g）按照物質的量之比為1：1通入恒容密閉容器中，此時壓強為100kPa,發生上述反應a和b,tmin后達到平衡，測得壓強為162kPa。
①計算tmin內CH₄分壓的平均變化率為

31

t

31

t

kPa?min^-1。
②該溫度下，測得H₂的分壓為105kPa,則反應b的分壓平衡常數K_p=

12

×

105

19

×

7

12

×

105

19

×

7

（列計算式）。
（3）在SMR基礎上加吸附劑制氫稱為吸附強化甲烷水蒸氣重整制氫（SESMR），反應原理如圖1。模擬SESMR制氫，保持氣體流速和壓強不變，進出口溫度恒定為650℃（局部溫度過高會造成積碳），測得出口平衡氣體的體積分數隨時間的變化曲線如圖2：

①階段Ⅱ氫氣體積分數逐漸下降的原因是

CaO吸收CO₂生成CaCO₃覆蓋吸附劑，吸附劑失效，CO₂含量變多，H₂的體積分數降低

CaO吸收CO₂生成CaCO₃覆蓋吸附劑，吸附劑失效，CO₂含量變多，H₂的體積分數降低

。
②實驗時發現階段Ⅲ中CO₂體積分數低于理論平衡值，CO體積分數高于理論平衡值，主要原因可能是

局部溫度過高會造成積碳，CO₂與C反應生成CO

局部溫度過高會造成積碳，CO₂與C反應生成CO

。
（4）納米CeO₂可用于催化氧化去除H₂中少量的CO，產生氧空位，形成具有氧缺陷結構的CeO_x，晶胞結構如圖3：
①圖3化合物CeO_x中x=

1.75

1.75

。
②若CeO₂晶體的密度為ρg?cm^-3，設阿伏加德羅常數的值為N_A，則CeO₂晶胞邊長為

3

688

ρ

N

A

3

688

ρ

N

A

cm（用含ρ、N_A的代數式表示）。