Question

【題目】甲醇與水蒸氣重整制氫可直接用于燃料電池�；卮鹣铝袉栴}：

（1）已知：甲醇分解反應(yīng)：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) △H1＝________ kJ·mol－1水蒸氣變換反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H2＝－41．20 kJ·mol－1，則CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）△H3＝+49.44kJ·mol－1。

（2）科學(xué)家通過密度泛函理論研究甲醇與水蒸氣重整制氫反應(yīng)機(jī)理時(shí)，得到甲醇在Pd（Ⅲ）表面發(fā)生解離時(shí)四個路徑與相對能量關(guān)系如圖所示，其中附在Pd（Ⅲ）表面的物種用*標(biāo)注。此歷程中活化能最小的反應(yīng)方程式為_________________________。

（3）在0.1MPa下，將總進(jìn)料量1 mol且n（CH3OH）：n（H2O）＝1：1.3的混合氣體充入一剛性密閉容器中反應(yīng)。

①實(shí)驗(yàn)測得水煤氣變換反應(yīng)的速率隨溫度的升高明顯下降，原因是__________。

②平衡時(shí)，測得CH3OH的含量在給定溫度范圍內(nèi)極小，H2、H2O（g）、CO、CO2四種組分含量與反應(yīng)溫度關(guān)系如圖所示，試解釋a的含量約是c的含量3倍的原因__________。

（4）297 K時(shí)，向密閉容器Ⅰ(體積為4L）和Ⅱ（體積為8L）中分別充入下列物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，

編號	CO(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)
Ⅰ	4	a	0
Ⅱ	4	4	4

達(dá)平衡時(shí)兩個容器中c(H2)相等且c(H2)=0.5mol/L。則

①a=_____________。

②該溫度時(shí)，Ⅰ中反應(yīng)的K=___________。

③Ⅱ中按表格數(shù)據(jù)充入反應(yīng)物此時(shí)反應(yīng)的方向__________（填“正向進(jìn)行”、“平衡”或“逆向進(jìn)行”）。

Answer 1

【答案】90.64 CH2O*+2H*=CHO*+3H* (或CH2O*=CHO*+H*) 隨溫度升高，催化劑活性降低 a為氫氣，c為CO2，二者是通過反應(yīng)CH3OH＋H2O CO2＋3H2 生成，氫氣的含量是二氧化碳的3倍 6 0.25 平衡

【解析】

(1)甲醇分解反應(yīng)：CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) △H1①，水蒸氣變換反應(yīng)：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H2=-41.20 kJ/mol②，CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) △H3＝+49.44kJ·mol－1③，根據(jù)蓋斯定律①=③-②，即可求出△H1=49.44kJ·mol－1 -(-41.20 kJ/mol)= +90.64 kJ/mol，故答案為：90.64；

(2)活化能為反應(yīng)物的總能量與過渡態(tài)能量之差，從圖中可以看出，過渡態(tài)3發(fā)生的反應(yīng)活化能最小，反應(yīng)物為CH2O*+2H*，產(chǎn)物為CHO*+3H，故反應(yīng)方程式為CH2O*+2H*=CHO*+3H*。因?yàn)?/span>2H*反應(yīng)前后都吸附在催化劑表面，未參與反應(yīng)，故反應(yīng)實(shí)質(zhì)為CH2O*=CHO*+H*，故答案為：CH2O*+2H*=CHO*+3H* (或CH2O*=CHO*+H*)；

(3)①因?yàn)闇囟壬�高，反�?yīng)速率應(yīng)加快，而圖中速率減小，顯然不是溫度的影響，只能為催化劑的活性降低，故答案為：隨溫度升高，催化活性降低；

②對于反應(yīng)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H＜0，其他條件不變時(shí)，升高溫度，平衡向左移動，即CO、H2O的含量均增大，CO2、H2的含量均減小。依據(jù)圖中信息，可初步得知，a、b曲線分別對應(yīng)CO2或H2，c、d曲線則對應(yīng)CO或H2O(g)。根據(jù)反應(yīng)方程式可知：該反應(yīng)起始時(shí)，n(H2)＞n(CO2)、n(H2O)＞n(CO)，平衡時(shí)含量必然有n(H2)＞n(CO2)、n(H2O)＞n(CO)，故a、b、c、d曲線分別對應(yīng)H2、CO2、H2O(g)、CO，a的含量約是c的含量3倍，說明反應(yīng)按CH3OH＋H2OCO2＋3H2進(jìn)行，故答案為：a 為氫氣，c 為CO2，二者是通過反應(yīng)CH3OH＋H2O CO2＋3H2 生成，氫氣的含量是二氧化碳的3倍；

(4)根據(jù)反應(yīng)CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)①采用一邊倒，Ⅱ可以轉(zhuǎn)化為8mol CO和12molH2，Ⅰ的體積為Ⅱ的一半，平衡狀態(tài)一樣，則a=12mol/2=6mol，故答案為6；

②溫度相同，則Ⅰ、Ⅱ的K相等，根據(jù)Ⅱ計(jì)算，平衡時(shí)c(H2)=0.5mol/L，n(H2)=4mol，根據(jù)三段式，

可知Ⅱ處于平衡狀態(tài)，平衡時(shí)c(H2)=0.5mol/L，c(CO)=0.5mol/L，c(CH3OH)=0.5mol/L，K=，故答案為0.25；

③由上問可知，Ⅱ中按表格數(shù)據(jù)充入反應(yīng)后，此時(shí)反應(yīng)的方向不變，故答案為：平衡。