Question

【題目】2016年9月，“喬歌里1號(hào)”中國(guó)首臺(tái)靜默移動(dòng)發(fā)電站MFC30正式問(wèn)世，MFC30是基于甲醇重整制氫燃料電池發(fā)電技術(shù)。

（1）甲醇制氫方式主要有以下三種：反應(yīng)Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫：CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol反應(yīng)Ⅱ甲醇分解制氫：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2=+90.6 kJ/mol反應(yīng)Ⅲ氣態(tài)甲醇氧化重整制氫同時(shí)生成二氧化碳和氫氣：

①已知CO的燃燒熱為283.0 kJ/mol，則反應(yīng)Ⅲ的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為____________。

②該三種制氫方式中，等量的甲醇產(chǎn)生氫氣最多的是反應(yīng)____________。(填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”）

（2）實(shí)驗(yàn)室模擬反應(yīng)Ⅰ甲醇水蒸氣重整制制氫觀(guān)察，合成氣組成n(CH3OH): n(H2O)=1∶1時(shí)，體系中甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為____________________。

②當(dāng)溫度為250℃、壓強(qiáng)為P2時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)為____________。

③圖中的壓強(qiáng)由小到大的順序是____________。

（3）MFC30燃料電池是以氫為燃料，Li2CO3與K2CO3混合的碳酸鹽為電解質(zhì)的高溫型燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________，正極上通入的氣體為____________。

Answer 1

【答案】 CH3OH(g) + 1/2O2(g) = CO2(g) + 2H2(g) △H=-192.4 kJ/mol Ⅰ K= 67. 6%或0.676或0.68 P1< P2<P3 H2-2e-+CO32-=H2O+CO2 O2 (或空氣)，CO2

【解析】 (1)已知三個(gè)反應(yīng)①反應(yīng)ⅠCH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol，②反應(yīng)ⅡCH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2=+90.6 kJ/mol，③CO的燃燒熱為283.0 kJ/mol，CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）；△H=-283.0KJ·mol－1，由蓋斯定律②+③得反應(yīng)Ⅲ的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：CH3OH(g) + 1/2O2(g) = CO2(g) + 2H2(g) △H=-192.4 kJ/mol ；1mol甲醇產(chǎn)生氫氣分別為3mol、2mol、2mol，最多的是反應(yīng)Ⅰ。

（2）①反應(yīng)Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫：CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol的平衡常數(shù)為K=；

②CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)

起始 /mol 1 1 0 0

反應(yīng) /mol 0.82 0.82 0.82 3×0.82

平衡 /mol 0.18 0.18 0.82 2.46

反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)為

2.46/[0.18+0.18+0.82+2.46]=0.676

③由方程式CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)，相同溫度時(shí)，減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，CH3OH轉(zhuǎn)化率增大，由圖從P3到P1壓強(qiáng)減小，圖中的壓強(qiáng)由小到大的順序是P1< P2<P3。

（3）燃料電池中通入燃料的電極是負(fù)極、通入氧化劑的電極是正極，負(fù)極是H2作還原劑，H2-2e-+CO32-=H2O+CO2 ，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O2+2CO2-4e－═2CO32－，故正極要不斷通入O2 (或空氣)，CO2。