Question

【題目】2016年9月，“喬歌里1號”中國首臺靜默移動發電站MFC30正式問世，MFC30是基于甲醇重整制氫燃料電池發電技術。

（1）甲醇制氫方式主要有以下三種：反應Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫：CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol反應Ⅱ甲醇分解制氫：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2=+90.6 kJ/mol反應Ⅲ氣態甲醇氧化重整制氫同時生成二氧化碳和氫氣：

①已知CO的燃燒熱為283.0 kJ/mol，則反應Ⅲ的熱化學反應方程式為____________。

②該三種制氫方式中，等量的甲醇產生氫氣最多的是反應____________。(填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”）

（2）實驗室模擬反應Ⅰ甲醇水蒸氣重整制制氫觀察，合成氣組成n(CH3OH): n(H2O)=1∶1時，體系中甲醇的平衡轉化率與溫度和壓強的關系如圖所示。

①該反應的平衡常數表達式為____________________。

②當溫度為250℃、壓強為P2時，反應達平衡時H2的體積分數為____________。

③圖中的壓強由小到大的順序是____________。

（3）MFC30燃料電池是以氫為燃料，Li2CO3與K2CO3混合的碳酸鹽為電解質的高溫型燃料電池，其負極的電極反應式為____________，正極上通入的氣體為____________。

Answer 1

【答案】 CH3OH(g) + 1/2O2(g) = CO2(g) + 2H2(g) △H=-192.4 kJ/mol Ⅰ K= 67. 6%或0.676或0.68 P1< P2<P3 H2-2e-+CO32-=H2O+CO2 O2 (或空氣)，CO2

【解析】 (1)已知三個反應①反應ⅠCH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol，②反應ⅡCH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2=+90.6 kJ/mol，③CO的燃燒熱為283.0 kJ/mol，CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）；△H=-283.0KJ·mol－1，由蓋斯定律②+③得反應Ⅲ的熱化學反應方程式為：CH3OH(g) + 1/2O2(g) = CO2(g) + 2H2(g) △H=-192.4 kJ/mol ；1mol甲醇產生氫氣分別為3mol、2mol、2mol，最多的是反應Ⅰ。

（2）①反應Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫：CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol的平衡常數為K=；

②CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)

起始 /mol 1 1 0 0

反應 /mol 0.82 0.82 0.82 3×0.82

平衡 /mol 0.18 0.18 0.82 2.46

反應達平衡時H2的體積分數為

2.46/[0.18+0.18+0.82+2.46]=0.676

③由方程式CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)，相同溫度時，減小壓強，平衡正向移動，CH3OH轉化率增大，由圖從P3到P1壓強減小，圖中的壓強由小到大的順序是P1< P2<P3。

（3）燃料電池中通入燃料的電極是負極、通入氧化劑的電極是正極，負極是H2作還原劑，H2-2e-+CO32-=H2O+CO2 ，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O2+2CO2-4e－═2CO32－，故正極要不斷通入O2 (或空氣)，CO2。