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解答题-原理综合题 困难0.15 引用1 组卷1269
【加试题】甲醇水蒸气重整制氢(SRM)是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源,当 前研究主要集中在提高催化剂活性和降低尾气中CO含量,以免使燃料电池Pt电极中毒。重整过程发生的反应如下:
反应I CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2
反应Ⅲ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3
其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,其中K2、K3随温度变化如下表所示:
125℃225℃325℃
K20.5535185.89939.5
K31577137.528.14

请回答:
(1)反应Ⅱ能够自发进行的条件_______(填 “低温”、“高温”或“任何温度”), ΔH1____ΔH3(填 “>”、“<”或 “=” )。
(2)相同条件下,甲醇水蒸气重整制氢较甲醇直接分解制氢(反应Ⅱ)的先进之处在于_________。
(3)在常压、CaO催化下,CH3OH和H2O混和气体(体积比1∶1.2,总物质的量2.2mol)进行反应,tl时刻测得 CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示(CO、CO2的选择性:转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比)。

注:曲线a表示CH3OH的转化率,曲线b表示CO的选择性,曲线c表示 CO2的选择性
① 下列说法不正确的是_____。
A.反应适宜温度为300℃
B.工业生产通 常在负压条件下进行甲醇水蒸气重整
C.已知 CaO催化剂具有更高催化活性,可提高甲醇平衡转化率
D.添加CaO的复合催化剂可提高氢气产率
② 260℃ 时H2物质的量随时间的变化曲线如图所示。画出300℃时至t1时刻H2物质的量随时间的变化曲线_____。
(4)副产物CO2可以在酸性水溶液中电解生成甲酸,生成甲酸的电极反应式是_________。
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知识点：盖斯定律与热化学方程式化学反应条件的控制及其应用化学反应进行方向的判据 答案解析 【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！
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I.甲醇水蒸气重整制氢(SRM)系统简单，产物中H2含量高、CO含量低(CO会损坏燃料电池的交换膜)，是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。其反应如下：
反应1(主)：
反应2(副)：
温度高于300C则会同时发生反应3：，回答下列问题：
(1)反应1能够自发进行的原因是_______。
(2)升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是_______。
II.甲制取低碳烯烃技术(DMTO)项目曾摘取了2014年度国家技术发明奖一等奖。DMTO主要包括煤的气化、液化、烯烃化三个阶段。回答下列问题：
(1)煤的气化。用化学方程式表示煤的气化的主要反应_______。
(2)煤的液化。下表中某些反应是煤的液化过程中的反应：
热化学方程式平衡常数
500℃700℃
I.2.00.2
II.1.02.3
III.K34.6

①反应I的平衡常数表达式K1=_______；
②b_______0(填“>”“<”或“=”)，c与a、b之间的定量关系为_______。
③K3=_______，若反应Ⅲ是在500℃、容积为2L的密闭容器中进行的，测得某一时刻体系内的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，则此时CH3OH的生成速率_______(填“>”“<”或“=”)CH3OH的消耗速率。
④对于反应III，在一容积不变的密闭容器中，下列措施可增加甲醇产率的是_______
A.升高温度                              B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.使用合适的催化剂                 D.充入He，使体系总压强增大
(3)烯烃化阶段。图1是某工厂烯烃化阶段产物中乙烯、丙烯的选择性与温度、压强之间的关系(选择性：指生成某物质的百分比。图中I、II表示乙烯，III表示丙烯)。

①为尽可能的获得乙烯，控制的生产条件为_______
②一定温度下某密闭容器中存在反应：。在压强为P1时产物水的物质的量与时间的关系如图2所示，若t0时刻测得甲醇的体积分数为10%，此时甲醇乙烯化的转化率为_______(保留三位有效数字)。
甲醇是重要的化工原料，又可作燃料。
I.工业上利用CO生产燃料甲醇。已知2H2(g)+CO(g) ⇌CH3OH(g)，则：
（1）在恒温恒容的刚性容器中进行该反应，能说明达到平衡状态的是____。(选填字母序号)
a.混合气体密度不再改变
b.混合气体平均摩尔质量不再改变
c.H2、CO、CH3OH的浓度之比为2：1：1
d.单位时间内消耗1molCO的同时生成2molH2
（2）在密闭容器中按物质的量之比为2:1充入H2和CO，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图1所示。

①逆反应速率：v逆(A)__v正(B)(填“>”、“<”或"=”)•
②C点时，H2的平衡转化率为________________，该反应的平衡常数Kp=____kPa－2(用含p2的代数式表达，KP为用气体平衡分压代替气体平衡浓度表示的平衡常数，气体分压=气体总压×气体的物质的量分数)。
II.甲醇水蒸气重整制氢(SRM)系统简单，产物中H2含量高、CO含量低(CO会损坏燃料电池的交换膜)，是电动汽车氢氧燃料电池的理想氢源。反应如下：
反应i(主)：CH3OH(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+3H2(g) △H1=+49kJ·mol－1
反应ii(副)：H2(g)+CO2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) △H2=+41kJ·mol－1
温度高于300°C则会同时发生反应iii：CH3OH(g) ⇌ CO(g)+2H2(g) △H3
（3）计算△H3=____________.
（4）升温将有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是____________。
（5）催化剂可以改变化学反应速率，但也存在着一种特性叫“催化剂的选择性”。图2为某催化剂条件下，CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。随着温度的升高，CO的实际反应生成率与平衡状态生成率相差越来越大的原因是催化剂对____________(填“反应i”或"反应ii”)的选择性低。
以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN)；通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。请回答：
(1)已知：2Al2O3(s)=4Al(g)＋3O2(g)             ΔH1=+3351 kJ·molˉ1
2C(s)＋O2(g)=2CO(g)             ΔH2=-221 kJ·molˉ1
2Al(g)＋N2(g)=2AlN(s)             ΔH3=-318 kJ·molˉ1
则反应Al2O3(s)＋ 3C(s)＋ N2(g)=3CO(g)＋ 2AlN(s)的ΔH=_______，该反应自发进行的条件是：_______。
(2)在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和气体(体积比1∶4，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反应ⅠCO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)             ΔH4
反应ⅡCO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)             ΔH5

①下列说法不正确的是_______。
a.ΔH 4小于零
B.温度可影响产物的选择性
C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D.其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3，可提高CO2平衡转化率
②350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应Ⅰ的平衡常数K=_______(用a、V表示)。
③350℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。画出400℃下0～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。___________

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