Question

【题目】利用甲醇和水蒸气重整为燃料电池提供氢气。甲醇和水蒸气重整的主要反应是：反应i：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H1= +49 kJ/mol。同时，存在副反应：反应ii：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H2= +91 kJ/mol

(1)反应i的平衡常数K的表达式是_______。

(2)为探究条件对反应i平衡的影响，X、 Y(Y1、Y2)可分别代表压强或温度。下图表示Y一定时，反应i中H2O(g)的平衡转化率随X的变化关系。

① X代表的物理量是_______。

② 判断Y1_______Y2(填“>”或“<”)，理由是_______。

(3)CO易使反应i的催化剂中毒，研究温度和投料比对甲醇转化率及重整气中CO物质的量分数的影响，结果如图所示。

①选择250℃、水/甲醇投料比为2作为最佳条件进行反应，原因是_______。

②250℃时CO物质的量分数始终高于200℃时CO物质的量分数的原因可能是_______。

Answer 1

【答案】K= 温度 > 反应i的正反应方向气体体积增大，当温度一定时，压强增大，反应向左移动，H2O(g)平衡转化率减小。 此条件下甲醇的平衡转化率最高，且CO的物质的量分数较小。 投料比一定，温度升高，反应ii向右移动，反应i也向右移动使c（CH3OH）减少而使反应ii左移，温度对反应ii的影响较后者大，所以整体表现为250℃时CO含量较高。

【解析】

（1）直接根据平衡常数的定义即可表示出平衡常数的表达式。

（2）反应i的特点是：气体分子数增多，水的平衡转化率随压强的增大而减小；反应吸热，水的平衡转化率随温度的升高而增大。依此可判断图中X、Y分别代表的物理量以及Y1、Y2的关系。

（3）从图中可知：随着水/甲醇投料比增大，甲醇转化率增大；CO的物质的量分数在200℃时减小不明显，在250℃时，随着水/甲醇投料比的增大而明显减小。根据这些特点及反应本身的特点，运用勒夏特列原理，可以对①、②小题进行解答。

（1）根据平衡常数的定义，反应i：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) 的平衡常数K表达式是：K=，故答案为： K=

（2）①.根据分析可知：反应i中，水的平衡转化率随温度的升高而增大，随压强的增大而减小，故X为温度符合题意，X为压强不符合题意，故X表示温度；②.温度相同时，增大压强平衡逆向移动，水的平衡转化率下降，故Y2压强大于Y1的，故答案为：温度；>；反应i的正反应方向气体体积增大，当温度一定时，压强增大，反应向左移动，H2O(g)平衡转化率减小

（3）①.一氧化碳能使催化剂中毒，所以在选择条件时，应在照顾甲醇转化率的同时，尽量减少一氧化碳的物质的量分数。相同投料比时，250℃比200℃甲醇转化率高，且在水/甲醇投料比为2时，一氧化碳物质的量分数降低明显。所以反应选择250℃和水/甲醇投料比为2条件最佳，故答案为：此条件下甲醇的平衡转化率最高，且CO的物质的量分数较小

②.反应i、ii均为吸热反应，所以温度高，均有利于向正向移动。i的正向移动使甲醇浓度降低，氢气浓度升高从而使抑制了反应ii的正向移动，使一氧化碳浓度下降；而ii的正向移动使CO含量升高，两个相反的影响总的结果根据图示可知：升高温度对反应ii的影响大于对反应i的影响，即温度在250℃时比200℃时CO物质的量分数高，故答案为：投料比一定，温度升高，反应ii向右移动，反应i也向右移动使c（CH3OH）减少而使反应ii左移，温度对反应ii的影响较后者大，所以整体表现为250℃时CO含量较高