Question

【题目】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____________。

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 (或空气)，CO2

【解析】 (1)已知三个反应①反应ⅠCH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.4 kJ/mol，②反应ⅡCH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2=+90.6 kJ/mol，③CO的燃烧热为283.0 kJ/mol，CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）；△H=-283.0KJ·mol－1，由盖斯定律②+③得反应Ⅲ的热化学反应方程式为：CH3OH(g) + 1/2O2(g) = CO2(g) + 2H2(g) △H=-192.4 kJ/mol ；1mol甲醇产生氢气分别为3mol、2mol、2mol，最多的是反应Ⅰ。

（2）①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的平衡常数为K=；

②CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)

起始 /mol 1 1 0 0

反应 /mol 0.82 0.82 0.82 3×0.82

平衡 /mol 0.18 0.18 0.82 2.46

反应达平衡时H2的体积分数为

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)，相同温度时，减小压强，平衡正向移动，CH3OH转化率增大，由图从P3到P1压强减小，图中的压强由小到大的顺序是P1< P2<P3。

（3）燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，负极是H2作还原剂，H2-2e-+CO32-=H2O+CO2 ，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+2CO2-4e－═2CO32－，故正极要不断通入O2 (或空气)，CO2。