氢气是热量高、无污染的燃料，天然气储量丰富是理想的制氢原料，研究甲烷制氢具有重要的理论和现...

氢气是热量高、无污染的燃料，天然气储量丰富是理想的制氢原料，研究甲烷制氢具有重要的理论和现实意义。

（1）甲烷水蒸气重整制氢：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H1=+216kJ•mol-1，温度1200k，压强0.2Mpa，水碳起始物质的量之比3:1，达到平衡时氢气的物质的量分数为0.3,甲烷转化率为____，Kp=____（Mpa）2 。理论上近似水碳比为____，氢气的物质的量分数将达到最大。　　

（2）①将甲烷水蒸气重整和甲烷氧化重整两种方法结合，理论上按照空气、甲烷、水蒸气约15:7：1体积比进料（空气中氧气体积分数约为0.2），可以实现反应器中能量自给（不需要补充热量）。

甲烷氧化重整制氢：2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g） △H2=____kJ•mol-1

②实际生产中，空气、甲烷、水蒸气按照约1:1:2体积比进料，增加水蒸气的作用是____，还能发生____（用化学方程式表示）反应，从而获得更多的氢气。

（3）甲烷水蒸气重整过程中，温度1000K,原料气以57.6Kg•h-1通入容积为1L镍基催化反应器中，2-5s甲烷质量分数由7.32%变为5.32%，用甲烷表示2-5s的反应速率为____mol•min-1 ,随着反应的进行反应速率会急速下降，可能的原因是甲烷等高温不稳定，造成____。有人提出将甲烷水蒸气重整和甲烷氧化重整两种方法结合则能解决这个问题，原因是____。

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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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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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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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【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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氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前的研究热点。

（1）甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气反应的热化学方程式是：

CH2(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　 △H＝+165.0kJ·mol－1

已知反应器中存在如下反应过程：

I.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　　　 △H1＝+206.4kJ·mol－1

II.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　　 △H2

根据上述信息计算：a＝___、△H2＝___。

（2）某温度下，4molH2O和lmolCH4在体积为2L的刚性容器内同时发生I、II反应，达平衡时，体系中n(CO)＝bmol、n(CO2)＝dmol，则该温度下反应I的平衡常数K值为___(用字母表示)。

（3）欲增大CH4转化为H2的平衡转化率，可采取的措施有___(填标号)。

A.适当增大反应物投料比武n(H2O)：n(CH4)

B.提高压强

C.分离出CO2

（4）H2用于工业合成氨：N2＋3H22NH3。将n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，反应器温度升高NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是___。

某温度下，n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×l07Pa，平衡时总压为开始的90%，则H2的转化率为___，气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝___(分压列计算式、不化简)。

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氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前的研究热点。

（1）甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气反应的热化学方程式是：

CH2(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　 △H＝+165.0kJ·mol－1

已知反应器中存在如下反应过程：

I.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　　　 △H1＝+206.4kJ·mol－1

II.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　　 △H2

根据上述信息计算：a＝___、△H2＝___。

（2）某温度下，4molH2O和lmolCH4在体积为2L的刚性容器内同时发生I、II反应，达平衡时，体系中n(CO)＝bmol、n(CO2)＝dmol，则该温度下反应I的平衡常数K值为___(用字母表示)。

（3）欲增大CH4转化为H2的平衡转化率，可采取的措施有___(填标号)。

A.适当增大反应物投料比武n(H2O)：n(CH4)

B.提高压强

C.分离出CO2

（4）H2用于工业合成氨：N2＋3H22NH3。将n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，反应器温度升高NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是___。

某温度下，n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×l07Pa，平衡时总压为开始的90%，则H2的转化率为___，气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝___(分压列计算式、不化简)。

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氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前的研究热点。

（1）甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气反应的热化学方程式是：

CH2(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　 △H＝+165.0kJ·mol－1

已知反应器中存在如下反应过程：

I.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　　　 △H1＝+206.4kJ·mol－1

II.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　　 △H2

根据上述信息计算：a＝___、△H2＝___。

（2）某温度下，4molH2O和lmolCH4在体积为2L的刚性容器内同时发生I、II反应，达平衡时，体系中n(CO)＝bmol、n(CO2)＝dmol，则该温度下反应I的平衡常数K值为___(用字母表示)。

（3）欲增大CH4转化为H2的平衡转化率，可采取的措施有___(填标号)。

A.适当增大反应物投料比武n(H2O)：n(CH4)

B.提高压强

C.分离出CO2

（4）H2用于工业合成氨：N2＋3H22NH3。将n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，反应器温度升高NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是___。

某温度下，n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×l07Pa，平衡时总压为开始的90%，则H2的转化率为___，气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝___(分压列计算式、不化简)。

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氢气是一种理想的绿色能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。

乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下左图所示：

已知：反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如上右图所示。

（1）反应Ⅰ中，1molCH3CH2OH(g)参与反应后的热量变化是256kJ。反应1的热化学方程式是_____________________。

（2）反应Ⅱ，在进气比[n(CO)：n(H2O)]不同时，测得相应的CO的平衡转化率见下图(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)。

①图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE判断：TD_______TE (填“<”“=”或“>”)。

②经分析，A、E 和G 三点对应的反应温度相同，其原因是A、E和G三点对应的________相同。

③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）反应Ⅲ，在经CO2饱和处理的KHCO3电解液中，电解活化CO2制备乙醇的原理如图所示。

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_________________。

③直接向KOH溶液中通入CO2，可以获得“经CO2饱和处理的KHCO3电解液”，该过程中浓度先增大后减小的离子是__________________ (填化学式)。

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