甲醇制氢作为一种绿色能源技术备受关注。I．甲醇裂解制氢法(1)该方法的主反应：CH3OH(...

甲醇制氢作为一种绿色能源技术备受关注。

I．甲醇裂解制氢法

(1)该方法的主反应：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H1>0此反应能自发进行的原因是___。

(2)一定温度下，向某一刚性恒容密闭容器中充入CH3OH(g)，发生反应CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)，反应起始时CH3OH(g)的压强为5.00MPa，t h后反应达到平衡，此时H2的物质的量分数为60%，则0~t h内的平均反应速率v(CO)=___MPa•h-1，CH3OH的平衡转化率α(CH3OH)=___，此时平衡常数Kp=___(Kp为以平衡分压表示的平衡常数）。

(3)科研人员通过计算机模拟用Pd(III)催化甲醇裂解的反应机理，得到附着在Pd(III)表面上甲醇变换的反应历程图［如图1，附在Pd(III)表面的物种用＊标注］，此历程中活化能最小的反应方程式为___。

II．甲醇水蒸气重整制氢法

(4)该方法的部分反应如下：

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

副反应：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)　　 △H3=-41kJ·mol-1

①相同条件下，甲醇水蒸气重整制氢法与甲醇裂解制氢法相比较，从经济效益和绿色化学角度分析，前者先进之处在于___。

②在某催化剂的作用下，在相同时间内，不同温度下测得CH3OH的转化率、CO的生成率与温度的变化关系如图2所示。

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___（填字母）。

A．主反应的活化能降低

B．主反应的反应速率增大

C．CH3OH的平衡转化率降低

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___。为提高CH3OH的转化率且使副反应不向正反应方向进行，可采取的措施有___（任写一条）。

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甲醇水蒸气重整制氢方法是目前比较成熟的制氢方法，且具有良好的应用前景。甲醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如图所示：

（1）已知一定条件下

反应I：CH3OH(g)==CO(g)+2H2(g)　　 ΔH1＝+90.7kJ/mol

反应III：CH3OH(g)+H2O(g) =CO2(g)+3H2(g)　　 ΔH3＝+49.5kJ/mol

该条件下反应II的热化学方程式是___。

（2）已知反应II在进气比[n(CO)：n(H2O)]不同时，在不同温度（T1、T2）下，测得相应的CO的平衡转化率见图。

①比较T1、T2的大小，并解释原因___。

②A点对应的化学平衡常数是___。

③T1温度时，按下表数据开始反应建立平衡。

反应进行到t时刻时，判断v（正）、v（逆）的大小关系为：v（正）__v（逆）(填“>”“<”或“=”)。

④当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度和进气比的关系是___。

（3）在经CO2饱和处理的KHCO3电解液中，电解活化CO2可以制备乙醇，原理如图所示。

①阴极的电极反应式是___。

②从电解后溶液中分离出乙醇的操作方法是___。

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甲醇水蒸气重整制氢方法是目前比较成熟的制氢方法，且具有良好的应用前景。甲醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如图所示：

（1）已知一定条件下

反应I：CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g)　　　 ΔH1=+90.7kJ/mol

反应III：CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)　　 ΔH3=+49.5kJ/mol

该条件下反应II的热化学方程式是___。

（2）已知反应II在进气比[n(CO)：n(H2O)]不同时，在不同温度（T1、T2）下，测得相应的CO的平衡转化率见图。

①比较T1、T2的大小，T1___T2(填“>”“<”或“=”)。

②A点对应的化学平衡常数是___。

③T1温度时，按下表数据开始反应建立平衡

反应进行到t时刻时，判断v（正）、v（逆）的大小关系为：v（正）___v（逆）(填“>”“<”或“=”)。

④当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度和进气比的关系是___。

（3）CO2在生产中有着广泛的用途。

①将过量CO2通入KOH溶液中可生成KHCO3，请写出该反应的离子方程式___。

②在经CO2饱和处理的KHCO3弱酸性溶液中，电解活化CO2可以制备乙醇，原理如图所示。该电极为___（填“阴极”或“阳极”），电极反应式是___。

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甲醇水蒸气催化重整反应是生产氢能的有效方法之一。

(1)甲醇水蒸气重整制氢存在以下副反应：(已知a、b均大于零)

Ⅰ：甲醇分解 ：CH3OH(g)⇌ CO(g)+2H2(g)　　　　 △H= +akJ·mol-1

Ⅱ：水蒸气变换：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+ H2(g)　　 △H= kJ·mol-1

催化重整反应：CH3OH(g) +H2O(g)⇌CO2(g)+ 3H2(g)　　 △H=________kJ·mol-1

(2)甲醇分解与水蒸气变换反应Kp与温度关系见下表：

①698K时．CH3OH(g) +H2O(g)⇌CO2(g)+ 3H2(g)的Kp=___________。(保留小数点后二位)

②在较高温度下进行该反应．发现平衡时体系中CO含量偏高的原因是_____________。

(3)甲醇水蒸气重整反应的可能机理如图甲所示．结合下表分析CH3OH →CH3O的主要反应为______________(填序号)，解释原因______________________________________________________________。

(4)某研究小组对重整反应温度(T)与水醇比()进行优化，得到图乙、丙。

结合图乙分析温度、水醇比与甲醇平衡转化率的关系：________________.

②在图中用阴影画出最优化的反应条件区域(下图为乙和丙组合的平面图，实线为甲醇平衡转化率，虚线为CO物质的量分数)：______________

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氢气是一种清洁高效能源，以甲醇为原料可以制取氢气。回答下列问题：

（1）甲醇水蒸气重整制氢

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

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

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

则甲醇水蒸气重整制氢反应(反应Ⅰ)：CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的　　 ΔH=_________。反应②中lmolCO与lmol水蒸气反应的的活化能为E1kJ，则该反应生成物的活化能为_________kJ。

（2）实验室模拟甲醇水蒸气重整制氢过程，合成器组成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________________。

④根据主副反应分析，氢气的产率随压强的增大而___________，其原因是__________________。

（3）MFC30氢氧燃料电池是以碳酸盐为电解质(提供CO32-)的高温型燃料电池，负极的电极反应式为_____。

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氢气是一种清洁高效能源，以甲醇为原料可以制取氢气。回答下列问题：

（1）甲醇水蒸气重整制氢

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

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

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

则甲醇水蒸气重整制氢反应(反应Ⅰ)：CH3OH(g) +H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的　　 ΔH=_________。反应②中lmolCO与lmol水蒸气反应的的活化能为E1kJ，则该反应生成物的活化能为_________kJ。

（2）实验室模拟甲醇水蒸气重整制氢过程，合成器组成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________________。

④根据主副反应分析，氢气的产率随压强的增大而___________，其原因是__________________。

（3）MFC30氢氧燃料电池是以碳酸盐为电解质(提供CO32-)的高温型燃料电池，负极的电极反应式为_____。

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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。已知甲醇制氢方式主要有以下三种：

方法Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　 ΔH1= +49.4kJ/mol

方法Ⅱ甲醇氧化重整制氢: CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+ 2H2(g)　　 ΔH2=-192.4 kJ/mol

方法Ⅲ甲醇分解制氢：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　 ΔH3

（1）已知CO 的燃烧热△H=-283.0kJ/mol，请结合方法Ⅱ的热化学方程式计算△H3=__________，该反应在_________条件(“高温”，“低温”或“任意温度”下自发进行。

（2）实验室模拟方法Ⅰ制氢，当合成气组成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甲所示。

①温度为250℃、压强为P2时，反应达平衡时H2的体积分数为______________________；

②图中的压强由小到大的顺序是___________________，理由是_________________________________。

（3）方法Ⅲ制H2的能量变化曲线如图乙所示。图中由曲线a变化到曲线b应采取的措施是_____________________。恒温恒容时，下列选项能说明该反应达到平衡状态的是___________。

a.v正(CO)=2v逆(H2)　　　　　　　　 b.体系的平均摩尔质量不再改变

c.H2的浓度保持不变　　　　　　 d. △H不再改变

（4）甲醇会对水质造成一定的污染，有一种电化学方法可以消除这种污染，原理是在通电的条件下将酸性溶液中的Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。请写出Co3+去除甲醇的离子方程式______________________________。

（5）MFC30 燃料电池是以氢气为燃料、熔融Li2CO3与K2CO3混合物为电解质的高温型燃料电池，其负极的电极反应式为_________________________________。

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甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题：

（1）已知甲醇分解反应：CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)　　　　　 △H1=+90.64 kJ/mol

水蒸气变换反应：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　　　　　 △H2=-41.20 kJ/mol

则CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)　　　　　 △H3=____________kJ/mol

（2）科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示，其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。此历程中活化能最小的反应方程式为________________________________________________。

（3）在0.1MPa下，将总进料量1mol且n(CH3OH)：n(H2O)=1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。

①实验测得水煤气变换反应的速率随温度的升高明显下降，原因是_____________。

②平衡时，测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小，H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示，a、c曲线对应物质的化学式分别为_______________、______________。

（4）573.2K时，向一刚性密闭容器中充入5.00 MPa CH3OH使其分解，t h后达平衡时H2的物质的量分数为60%，则t h内v(CH3OH)=_____________MPa/h，其平衡常数分压Kp=_________。

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甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题：

（1）已知甲醇分解反应：CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)　　　　　 △H1=+90.64 kJ/mol

水蒸气变换反应：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　　　　　 △H2=-41.20 kJ/mol

则CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)　　　　　 △H3=____________kJ/mol

（2）科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示，其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。此历程中活化能最小的反应方程式为________________________________________________。

（3）在0.1MPa下，将总进料量1mol且n(CH3OH)：n(H2O)=1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。

①实验测得水煤气变换反应的速率随温度的升高明显下降，原因是_____________。

②平衡时，测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小，H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示，a、c曲线对应物质的化学式分别为_______________、______________。

（4）573.2K时，向一刚性密闭容器中充入5.00 MPa CH3OH使其分解，t h后达平衡时H2的物质的量分数为60%，则t h内v(CH3OH)=_____________MPa/h，其平衡常数分压Kp=_________。

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甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题：

（1）已知：甲醇分解反应：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) △H1＝________ kJ·mol－1水蒸气变换反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H2＝－41．20 kJ·mol－1，则CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）△H3＝+49.44kJ·mol－1。

（2）科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd（Ⅲ）表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示，其中附在Pd（Ⅲ）表面的物种用*标注。此历程中活化能最小的反应方程式为_________________________。

（3）在0.1MPa下，将总进料量1 mol且n（CH3OH）：n（H2O）＝1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。

①实验测得水煤气变换反应的速率随温度的升高明显下降，原因是__________。

②平衡时，测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小，H2、H2O（g）、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示，试解释a的含量约是c的含量3倍的原因__________。

（4）297 K时，向密闭容器Ⅰ(体积为4L）和Ⅱ（体积为8L）中分别充入下列物质发生反应，

达平衡时两个容器中c(H2)相等且c(H2)=0.5mol/L。则

①a=_____________。

②该温度时，Ⅰ中反应的K=___________。

③Ⅱ中按表格数据充入反应物此时反应的方向__________（填“正向进行”、“平衡”或“逆向进行”）。

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