近來,制備和利用氫氣這一清潔能源已有多項成果.(1)德國克萊斯公司成功研制了利用甲醇CH
3OH)車載制氫燃料電池工藝,其原理如圖1所示,請觀察此圖回答:
①此堿性燃料電池的正極反應(yīng)式為
O2+2H2O+4e-=4OH-
O2+2H2O+4e-=4OH-
;
②甲醇與水反應(yīng)制取氫氣的化學(xué)方程式
CH3OH+H2O?3H2+CO2
CH3OH+H2O?3H2+CO2
.
(2)美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來制取氫氣,其生產(chǎn)流程如圖2:
①此流程的第II步反應(yīng)為:CO(g)+H
2O(g)
H
2(g)+CO
2(g),平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表.
溫度/℃ |
400 |
500 |
830 |
1000 |
平衡常數(shù)K |
10 |
9 |
1 |
0.6 |
在830℃,n(CO)、n(H
2O)、n(H
2)、n(CO
2)的物質(zhì)的量分別是1、5、2、3投入恒容反應(yīng)器發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)開始時,向
逆
逆
(填正、逆)反應(yīng)方向進行.
②若400℃時,第Ⅱ步反應(yīng)生成l mol氫氣放出的熱量為33.2kJ,第I步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:CH
4(g)+H
2O(g)=3H
2(g)+CO(g)△H=-103.3kJ?mol
-1 則400℃時,甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式為
CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=-136.5kJ?mol-1
CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=-136.5kJ?mol-1
.
(3)工業(yè)上有一種用CO
2來生產(chǎn)甲醇燃料的方法:
CO
2(g)+3H
2(g)
CH
3OH(g)+H
2O(g)△H=-49.0kJ?mol
-1將6molCO
2和8molH
2充入2L的密閉容器中,測得H
2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3所示(實線).
①a點正反應(yīng)速率
大于
大于
(填大于、等于或小于)逆反應(yīng)速率.
②求平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率
75%
75%
和該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
0.5
0.5
.
③僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗,測得H
2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖3虛線所示,曲線I對應(yīng)的實驗條件改變是
升高溫度
升高溫度
,曲線II對應(yīng)的實驗條件改變是
增大壓強
增大壓強
.