氢能源是最具应用前景的能源之一，甲烷水蒸气催化重整制氢（SMR）是一种制高纯氢的方法，涉及的主要反应有：
反应a：CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）ΔH₁=+206.2kJ•mol^-1
反应b：CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）ΔH₂=-41.2kJ•mol^-1
（1）反应CH₄（g）+2H₂O（g）⇌CO₂（g）+4H₂（g）ΔH=

+165

+165

kJ•mol^-1。
（2）一定温度下，将CH₄（g）和H₂O（g）按照物质的量之比为1：1通入恒容密闭容器中，此时压强为100kPa,发生上述反应a和b,tmin后达到平衡，测得压强为162kPa。
①计算tmin内CH₄分压的平均变化率为

31

t

31

t

kPa•min^-1。
②该温度下，测得H₂的分压为105kPa,则反应b的分压平衡常数K_p=

12

×

105

19

×

7

12

×

105

19

×

7

（列计算式）。
（3）在SMR基础上加吸附剂制氢称为吸附强化甲烷水蒸气重整制氢（SESMR），反应原理如图1。模拟SESMR制氢，保持气体流速和压强不变，进出口温度恒定为650℃（局部温度过高会造成积碳），测得出口平衡气体的体积分数随时间的变化曲线如图2：

①阶段Ⅱ氢气体积分数逐渐下降的原因是

CaO吸收CO₂生成CaCO₃覆盖吸附剂，吸附剂失效，CO₂含量变多，H₂的体积分数降低

CaO吸收CO₂生成CaCO₃覆盖吸附剂，吸附剂失效，CO₂含量变多，H₂的体积分数降低

。
②实验时发现阶段Ⅲ中CO₂体积分数低于理论平衡值，CO体积分数高于理论平衡值，主要原因可能是

局部温度过高会造成积碳，CO₂与C反应生成CO

局部温度过高会造成积碳，CO₂与C反应生成CO

。
（4）纳米CeO₂可用于催化氧化去除H₂中少量的CO，产生氧空位，形成具有氧缺陷结构的CeO_x，晶胞结构如图3：
①图3化合物CeO_x中x=

1.75

1.75

。
②若CeO₂晶体的密度为ρg•cm^-3，设阿伏加德罗常数的值为N_A，则CeO₂晶胞边长为

3

688

ρ

N

A

3

688

ρ

N

A

cm（用含ρ、N_A的代数式表示）。