甲醇、水蒸气重整制氢(SRM)系统简单，产物中H2含量高，是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源...

甲醇、水蒸气重整制氢(SRM)系统简单，产物中H2含量高，是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。其部分主要反应过程如下流程所示：

请回答下列问题：

I．对反应ICH3OH(g) CO(g) + 2H2(g)的单独研究：

(1) 已知CO(g)的热值为10.1 kJ·g-1；CH3OH(g)、H2(g)的燃烧热分别为760 kJ·mol-1、286 kJ·mol-1；计算反应I的ΔH1=______kJ·mol-1 (保留三位有效数字)。

(2) 原料进气比对反应I的选择性(某产物的选择性越大，则其含量越多)的影响较为复杂，其关系如图甲。 当n(O2)/n(CH3OH)=0.2~0.3时，CH3OH与O2发生的主要反应为______。

图甲　　　　　　　　　　　　 图乙　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 图丙

II．对反应II CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)ΔH<0的单独研究：

(3) 在进气比n(CO)/n(H2O)不同时，测得相应的CO的平衡转化率如图乙(各点对应温度可能不同)。图乙中D、G两点对应的反应温度分别为TD和TG，其中相对低温的是______(填TD或TG)。

(4) 实验发现，其他条件不变，向反应II平衡体系中投入一定量纳米CaO可明显提高H2的体积分数，原因是______。

III．对反应I和II的综合研究：

(5)某催化剂条件下，体系中CH3OH转化率、中间产物CO生成率与温度变化关系如图丙所示。

① 随着温度升高，CH3OH实际转化率不断接近平衡转化率的原因可能是______；但是，CO的实际生成率并没有不断接近平衡生成率，其原因可能是______ (填标号)。

A．反应Ⅱ正向移动　　　 B．部分CO转化为CH3OH

C．催化剂对反应Ⅱ的选择性低　　 D．催化剂对反应I的选择性低

② 写出能提高CH3OH转化率而降低CO生成率的一条措施______。

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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。反应如下:

反应Ⅰ(主) :CH3OH(g)+ H2O(g) CO2(g)+ 3H2(g) ΔH1=+49kJ/mol

反应Ⅱ(副) :H2(g)+ CO2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2=+41kJ/mol

温度高于300℃则会同时发生反应Ⅲ: CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH3

（1）计算反应Ⅲ的ΔH3= _________。

（2）反应1能够自发进行的原因是_______________，升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是__________。

（3）右图为某催化剂条件下，CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高,CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是____________ (填标号)。

A.反应Ⅱ逆向移动

B.部分CO 转化为CH3OH

C.催化剂对反应Ⅱ的选择性低

D.催化剂对反应Ⅲ的选择性低

②随着温度的升高，CH3OH 实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是______。

③写出一条能提高CH3OH转化率而降低CO生成率的措施_________。

（4）250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00molCH3OH 和1.32molH2O 充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ ),平衡时测得H2为2.70mol,CO有0.030mol,试求反应Ⅰ中CH3OH 的转化率_________，反应Ⅱ的平衡常数_________(结果保留两位有效数字)

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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。反应如下:

反应Ⅰ(主) :CH3OH(g)+ H2O(g) CO2(g)+ 3H2(g) ΔH1=+49kJ/mol

反应Ⅱ(副) :H2(g)+ CO2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2=+41kJ/mol

温度高于300℃则会同时发生反应Ⅲ: CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH3

（1）计算反应Ⅲ的ΔH3= _________。

（2）反应1能够自发进行的原因是_______________，升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是__________。

（3）右图为某催化剂条件下，CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高,CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是____________ (填标号)。

A.反应Ⅱ逆向移动

B.部分CO 转化为CH3OH

C.催化剂对反应Ⅱ的选择性低

D.催化剂对反应Ⅲ的选择性低

②随着温度的升高，CH3OH 实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是______。

③写出一条能提高CH3OH转化率而降低CO生成率的措施_________。

（4）250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00molCH3OH 和1.32molH2O 充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ ),平衡时测得H2为2.70mol,CO有0.030mol,试求反应Ⅰ中CH3OH 的转化率_________，反应Ⅱ的平衡常数_________(结果保留两位有效数字)

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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。反应如下:

反应Ⅰ(主) :CH3OH(g)+ H2O(g) CO2(g)+ 3H2(g) ΔH1=+49kJ/mol

反应Ⅱ(副) :H2(g)+ CO2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2=+41kJ/mol

温度高于300℃则会同时发生反应Ⅲ: CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH3

（1）计算反应Ⅲ的ΔH3= _________。

（2）反应1能够自发进行的原因是_______________，升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是__________。

（3）右图为某催化剂条件下，CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高,CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是____________ (填标号)。

A.反应Ⅱ逆向移动

B.部分CO 转化为CH3OH

C.催化剂对反应Ⅱ的选择性低

D.催化剂对反应Ⅲ的选择性低

②随着温度的升高，CH3OH 实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是______。

③写出一条能提高CH3OH转化率而降低CO生成率的措施_________。

（4）250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00molCH3OH 和1.32molH2O 充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ ),平衡时测得H2为2.70mol,CO有0.030mol,试求反应Ⅰ中CH3OH 的转化率_________，反应Ⅱ的平衡常数_________(结果保留两位有效数字)

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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。反应如下:

反应Ⅰ(主) :CH3OH(g)+ H2O(g) CO2(g)+ 3H2(g) ΔH1=+49kJ/mol

反应Ⅱ(副) :H2(g)+ CO2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2=+41kJ/mol

温度高于300℃则会同时发生反应Ⅲ: CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH3

（1）计算反应Ⅲ的ΔH3= _________。

（2）反应1能够自发进行的原因是_______________，升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是__________。

（3）右图为某催化剂条件下，CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高,CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是____________ (填标号)。

A.反应Ⅱ逆向移动

B.部分CO 转化为CH3OH

C.催化剂对反应Ⅱ的选择性低

D.催化剂对反应Ⅲ的选择性低

②随着温度的升高，CH3OH 实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是______。

③写出一条能提高CH3OH转化率而降低CO生成率的措施_________。

（4）250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00molCH3OH 和1.32molH2O 充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ ),平衡时测得H2为2.70mol,CO有0.030mol,试求反应Ⅰ中CH3OH 的转化率_________，反应Ⅱ的平衡常数_________(结果保留两位有效数字)

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【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:

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.己知 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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甲醇不仅是重要的化工原料，而且还是性能优良的能源和车用燃料。

Ⅰ.甲醇水蒸气重整制氢是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源，生产过程中同时也产生CO，CO会损坏燃料电池的交换膜。相关反应如下：

反应①CH3OH(g) + H2O(g)⇌CO2(g) + 3H2(g) △H1

反应②H2(g)+CO2(g)⇌CO(g) + H2O(g)　　 △H2=+41kJ/mol

如图表示恒压容器中0.5mol CH3OH(g)和0.5mol H2O(g)转化率达80％时的能量变化。

(1)计算反应①的△H1= ________。

(2)反应①能够自发进行的原因是________。升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是 _________。

(3)恒温恒容下，向密闭容器中通入体积比为1:1的H2和CO2，能判断反应CH3OH(g) + H2O(g)⇌CO2(g) + 3H2(g)处于平衡状态的是____________。

A.体系内压强保持不变

B.体系内气体密度保持不变

C.CO2的体积分数保持不变

D.断裂3mol H-H键的同时断裂3mol H-O键

(4)250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00mol CH3OH 和 1.32mol H2O充分反应，平衡测得H2为2.70mol，CO为 0.030mol，则反应①中CH3OH的转化率_________，反应②的平衡常数是 _________(以上结果均保留两位有效数字)。

Ⅱ.如图是甲醇燃料电池工作示意图：

(5)当内电路转移1.5molCO32-时，消耗甲醇的质量是_________g。

(6)正极的电极反应式为 _______。

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2016年9月，“乔歌里1号”中国首台静默移动发电站MFC30正式问世，MFC30是基于甲醇重整制氢燃料电池发电技术。

（1）甲醇制氢方式主要有以下三种：反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢：CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol反应Ⅱ甲醇分解制氢：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2=+90.6 kJ/mol反应Ⅲ气态甲醇氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气：

①已知CO的燃烧热为283.0 kJ/mol，则反应Ⅲ的热化学反应方程式为____________。

②该三种制氢方式中，等量的甲醇产生氢气最多的是反应____________。(填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”）

（2）实验室模拟反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制制氢观察，合成气组成n(CH3OH): n(H2O)=1∶1时，体系中甲醇的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示。

①该反应的平衡常数表达式为____________________。

②当温度为250℃、压强为P2时，反应达平衡时H2的体积分数为____________。

③图中的压强由小到大的顺序是____________。

（3）MFC30燃料电池是以氢为燃料，Li2CO3与K2CO3混合的碳酸盐为电解质的高温型燃料电池，其负极的电极反应式为____________，正极上通入的气体为____________。

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以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。

（1）以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：

主反应：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　　 △H=+49 kJ•mol-1

副反应：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)　　 △H=+41 kJ•mol-1

①甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2和CO，则该反应的化学方程式为_________________________，既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_________________________。

②分析适当增大水醇比（nH2O∶nCH3OH）对甲醇水蒸气重整制氢的好处_________________________。

③某温度下，将nH2O∶nCH3OH =1∶1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为_________________________。（忽略副反应）

（2）工业常用CH4 与水蒸气在一定条件下来制取H2，其原理为：

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)　　 ΔH=+203kJ·mol-1

①该反应的逆反应速率表达式为； V逆=k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，在某温度下，测得实验数据如表：

由上述数据可得该温度下，上述反应的逆反应速率常数k 为__________L3·mol-3·min-1。

②在体积为3L的密闭容器中通入物质的量均为3mol 的CH4和水蒸气，在一定条件下发生上述反应，测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示，则压强Pl_____P2（填“大于”或“小于”）温度T3_______T4（填“大于”或“小于”）；压强为P1时，在N点； v正_______v逆（填“大于”或“小于”或“等于”）。求N点对应温度下该反应的平衡常数 K=_____________________。

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以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。

(1)以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：

主反应：CH3OH(g) + H2O(g) ==CO2(g) + 3H2(g) △H = +49 kJ•mol－1

副反应：H2(g) + CO2(g) ==CO(g) + H2O(g)　 △H=+41 kJ•mol－1

①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到H2和CO，则该反应的热化学方程式为_________________，既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_________________。

②分析适当增大水醇比对甲醇水蒸气重整制氢的好处是_______________。

③某温度下，将n(H2O)∶n(CH3OH) = 1∶1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为P1，反应达平衡时总压强为P2，则平衡时甲醇的转化率为____________（忽略副反应）。

(2)工业上用CH4与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为：CH4(g) + H2O(g)=CO(g) + 3H2(g)　 ΔH = + 203 kJ•mol－1

①该反应逆反应速率表达式为：v逆=k•c(CO) •c3(H2)，k 为速率常数，在某温度下测得实验数据如表：

由上述数据可得该温度下，该反应的逆反应速率常数 k为_________L3•mol－3•min－1。

②在体积为3 L的密闭容器中通入物质的量均为3 mol的CH4和水蒸气，在一定条件下发生上述反应，测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示：则压强Pl_______P2（填“大于”或“小于”）；N点v正_______M点v逆（填“大于”或“小于”）；求Q点对应温度下该反应的平衡常数K=________。平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO，平衡_______移动（填“正反应方向”或“逆反应方向”或“不”）。

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