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【题目】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 CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2

反应 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:

125℃

225℃

325℃

K2

05535

1858

9939.5

K3

1577

137.5

28.14

请回答:

(1)反应能够自发进行的条件_______(填低温”、“高温任何温度”),ΔH1____ΔH3(填“>”、“<”“=”)。

(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)的先进之处在于___________________________________________________________________

(3)在常压、Cat.1催化下,CH3OHH2O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

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Cat.2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℃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___________

【答案】高温>甲醇转化率高;产物中氢气含量高,一氧化碳含量低ABCCO2+2H++2e-==HCOOH

【解析】

(1)当温度增大时,反应的化学平衡常数K2也增大,说明温度升高有利于反应正向进行,则反应为吸热反应;反应为气体分子数增多的反应,随着反应进行,体系混乱度增大,则反应的熵增,所以反应自发进行的条件是高温,反应可由反应Ⅰ减去反应得到,根据盖斯定律,△H2=△H1-△H3,由于△H2>0,所以△H1>△H3 (2)比较反应与反应,反应和反应消耗相同的甲醇时,反应产生的氢气更多,同时产生更少的一氧化碳,因此反应的先进之处在于甲醇转化率高,产物中氢气含量高,一氧化碳含量低。 (3). ①A.反应温度在260℃和300℃之间时,甲醇的转化率几乎不发生变化,二氧化碳的选择性降低,一氧化碳的选择性提高,所以反应适合的温度不是300℃,故错误;B.负压相对于大气压降低,相当于大气压对体系加压,有利于反应向压强降低的方向进行,即有利于反应逆向进行,会导致氢气的产率降低,故错误; C.催化剂不能改变化学平衡状态,对于某温度下的平衡转化率,催化剂不能改变该温度下的反应的平衡状态,只能缩短达到平衡的的时间,故错误;D.260℃之前,随着温度升高,甲醇的转化率增大,260之后,随着温度升高,甲醇的转化率几乎不变,说明260℃之前催化剂起着一定的性能,260℃之后催化性能降低,对于260℃之前的过程,添加氧化钙的复合催化剂可提高氢气产率,故正确。故选ABC;温度升高,化学反应速率加快,达到化学平衡的时间缩短,反应为放热反应,温度升高,不利于化学平衡正向移动,所以平衡时氢气的产量降低,图像应为:

(4)二氧化碳可以在酸性水溶液中电解生成甲酸,碳的化合价降低,二氧化碳发生还原反应,所以电极反应为: CO2+2H++2e-==HCOOH。

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】某有机物的结构简式为CH3—CH=CH—Cl,该有机物能发生(   )

①取代反应 ②加成反应 ③消去反应 ④使溴水褪色 ⑤使酸性KMnO4溶液褪色 ⑥与AgNO3溶液反应生成白色沉淀 ⑦加聚反应

A.以上反应均可发生B.只有⑦不能发生

C.只有⑥不能发生D.只有②不能发生

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】下列说法正确的是

A. 需要加热才能发生的反应是吸热反应

B. 吸热反应一定需要加热才能发生

C. 所有的分解反应都是吸热反应

D. 需要持续加热才能发生的反应是吸热反应

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】已知COH2在一定条件下合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g)CH30H(g),现在容积均为l La、b、c三个密闭容器中分别充入l molCO2mol H2的混合气体,控制温度,进行反应,测得相关数据的关系如图l和图2所示。下列说法正确的是(

A. 该反应的正反应的△H>0

B. 升温或减压,可将b中的平衡状态转变成从c中的平衡状态

C. 反应进行到5min时,a容器中v()= v()

D. 达到平衡时,a、b、cCO转化率为b>a>c

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】甲醇是一种新型燃料,甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以COH2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为: CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116 kJ·mol-1

(1)已知: H2=-283 kJ·mol1

H3=-242 kJ·mol1

则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO 2和水蒸气时的热化学方程式为

_______________________________________________

(2)在容积为1L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃、 270℃三种温度下合成甲醇的规律。右图是上述三种温度下不同的H2CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系。请回答

在上述三种温度中,曲线Z对应的温度是__________

利用图中a点对应的数据,计算出曲线Z在对应温度下CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K=_____________________

(3)在某温度下,将一定量的COH2投入10L的密闭容器中,5min时达到平衡,各物质的物质的浓度(molL-1)变化如下表所示:

0min

5min

10min

CO

0.1

0.05

H2

0.2

0.2

CH3OH

0

0.04

0.05

5min~10min只改变了某一条件,所改变的条件是_________________________;且该条件所改变的量是_______________

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】NH3是一种重要的化工原料,在生产、生活中用途广泛。

(1)已知:

共价键

键能/ kJ·mol-1

H―H

436

N≡N

946

N―H

391

注:拆开气态物质中1 mol某种共价键需要吸收的能量,就是该共价键的键能。

N2 (g)+3 H2 (g)2 NH3 (g) H =____kJ·mol-1

(2)一定温度下,向恒容的密闭容器中充入N2和H2发生反应:N2 +3H2 2NH3,测得各组分浓度随时间变化如图1所示。

①表示c(N2)的曲线是__(填“曲线A”、“曲线B”或“曲线C”)。

②0~t0时用H2表示反应速率v(H2)____mol·L-1·min-1

③下列能说明该反应达到平衡的是____

a.混合气体的压强不再变化

b.2c(H2)= 3c(NH3)

c.混合气体的质量不再变化

d.NH3的体积分数不再变化

(3)潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池工作原理如图2所示:

①电极b名称是____

②电解质溶液中OH-离子向____移动(填“电极a”或“电极b”)。

③电极a的电极反应式为____

(4)可通过NH3与NaClO反应来制得火箭燃料肼(N2H4)。该反应的化学反应方程式是____

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】一位同学在复习时遇到这样一道习题:某无色溶液中可能含有“H+、OH-、Na+、NO3-,加入铝粉后,只产生H2,问该无色溶液中能大量存在哪几种离子。

(1)加入铝粉产生H2,说明铝具有__________(填氧化性还原性”)。

(2)该同学若H+大量存在,则NO3-就不能大量存在。设计实验证实如下:

ⅰ. 实验初始,未见明显现象

ⅱ. 过一会儿,出现气泡,液面上方呈浅棕色

ⅲ. 试管变热,溶液沸腾

①盐酸溶解Al2O3薄膜的离子方程式是_______________________________

②根据现象,推测溶液中产生了NO,为进一步确认,进行如下实验:

实验1

将湿润KI—淀粉试纸置于空气中

未变蓝

实验2

用湿润KI—淀粉试纸检验浅棕色气体

试纸变蓝

a.浅棕色气体是____________

b.实验1的目的是_______________________________

c.实验1、2说明反应生成了NO,将生成NO的离子方程式补充完整:

______Al +______NO3-+_____ _ ==______Al 3++______NO+______ _______

(3)再假设:若OH-大量存在,NO3-也可能不能大量存在。重新设计实验证实如下:

ⅰ. 实验初始,未见明显现象

ⅱ. 过一会儿,出现气泡,有刺激性气味

为确认刺激性气味气体,进行如下实验:用湿润KI—淀粉试纸检验,未变蓝;用湿润红色石蕊试纸检验,试纸变蓝。

①刺激性气味的气体是____________

②产生该气体的离子方程式是____________________________________

(4)NaOH溶液中加入铝粉,结果只检验出有H2生成,其化学方程式是_________________________________

(5)实验结果证实:NO3-在酸、碱性环境中都有一定的氧化性,能氧化铝单质,产生含氮化合物。试题中的无色溶液一定能大量存在的是_______________

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】下列各组物质除杂和分离方法正确的是( )

被提纯物质

除杂试剂

分离方法

A

(苯甲酸)

生石灰

蒸馏

B

乙酸乙酯(乙酸)

氢氧化钠溶液

分液

C

乙烷(乙烯)

酸性高锰酸钾溶液

洗气

D

(苯酚)

浓溴水

过滤

A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】下列各图均能表示甲烷的分子结构,按要求回答下列问题。

1)甲烷的比例模型是______(填序号)

2)相对分子质量为100的烷烃的分子式是_____

3)甲烷与氯气的体积比为1:1,光照条件下在如图所示的装置中反应,则得到的产物为_____

ACH3ClHCl BCCl4HCl

CCH3ClCH2Cl2 DCH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl

4)甲烷最简单的同系物与氯气光照条件下反应,其生成物的化学式最多可能有_____种。

A5 B9 C10 D7

5)经过几个小时的反应后,U形管右端的水柱变化是______

A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定

6)工业酒精含有甲醇,其结构简式为:CH3OH,可由甲烷经过一系列变化得到,写出甲醇与O2在铜作催化剂加热条件下的反应_______

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