Question

【題目】氫氣是一種清潔高效能源，以甲醇為原料可以制取氫氣。回答下列問題：

（1）甲醇水蒸氣重整制氫

主反應：①CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH =+90.7kJ/mol

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH =-41.2 kJ/mol

副反應：③CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) ΔH =+206.3 kJ/mol

則甲醇水蒸氣重整制氫反應(反應Ⅰ)：CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的 ΔH=_________。反應②中lmolCO與lmol水蒸氣反應的的活化能為E1kJ，則該反應生成物的活化能為_________kJ。

（2）實驗室模擬甲醇水蒸氣重整制氫過程，合成器組成n(CH3OH)：n(H2O) =1：1時，體系中甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強的關(guān)系如圖所示。

①該反應的平衡常數(shù)表達式為_______________。

②當溫度為250℃、壓強為P2時，反應達平衡時H2的體積分數(shù)為______________。

③圖中的壓強由小到大的順序是________________。

④根據(jù)主副反應分析，氫氣的產(chǎn)率隨壓強的增大而___________，其原因是__________________。

（3）MFC30氫氧燃料電池是以碳酸鹽為電解質(zhì)(提供CO32-)的高溫型燃料電池，負極的電極反應式為_____。

Answer 1

【答案】 +49.5kJ/mol E1+41.2 K= 67.6%或0.676或0.68 P1<P2<P3 減少 隨著壓強增大，反應①逆向移動，反應②不移動，副反應③正向移動，導致氫氣的產(chǎn)率下降 H2-2e-+CO32-=H2O+CO2

【解析】（1）甲醇水蒸氣重整制氫主反應有①CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH =+90.7kJ/mol

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH =-41.2 kJ/mol ，副反應有③CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) ΔH =+206.3 kJ/mol 。由①+②得：CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+3H2(g)，則甲醇水蒸氣重整制氫反應(反應Ⅰ)：CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的ΔH=+90.7kJ/mol-41.2 kJ/mol=+49.5kJ/mol 。反應②中lmolCO與lmol水蒸氣反應的的活化能為E1kJ，因為lmolCO與lmol水蒸氣反應后要放出41.2 kJ，這些熱量等于生成物的活化能減去反應物的活化能，所以該反應生成物的活化能為E1+41.2kJ。

（2）由反應CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.5kJ/mol 可知，正反應是氣體分子數(shù)增大的吸熱反應，所以溫度越高，體系中甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率越高，壓強越小，體系中甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率越高。

①該反應的平衡常數(shù)表達式為K= 。

②當溫度為250℃、壓強為P2時，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率為82%，由CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+3H2(g)，設(shè)起始時n(CH3OH)=n(H2O) =1mol，則平衡時，n(CH3OH)=n(H2O) =0.18mol，n(CO2)=0.82mol，n(H2)=2.46mol，反應達平衡時H2的體積分數(shù)為67.6%(或0.676或0.68)。

③圖中的壓強由小到大的順序是P1<P2<P3 。

④根據(jù)主副反應分析，氫氣的產(chǎn)率隨壓強的增大而減少，其原因是隨著壓強增大，反應①逆向移動，反應②不移動，副反應③正向移動，導致氫氣的產(chǎn)率下降 。

（3）MFC30氫氧燃料電池是以碳酸鹽為電解質(zhì)(提供CO32-)的高溫型燃料電池，根據(jù)總反應為2H2+O2=2H2O，正極通入的氣體必須是氧氣和二氧化碳的混合氣，電極反應為O2+4e-+2 CO2 =2 CO32-，所以負極的電極反應式為H2-2e-+CO32-=H2O+CO2 。