Question

5．2016年9月．“喬歌里1號”中國首臺靜默移動發(fā)電站MFC30正式問世，MFC30是基于甲醇重整制氫燃料電池發(fā)電技術(shù)．
（1）甲醇制氫方式主要有以下三種：
反應(yīng)Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫：
CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.4kJ/mol
反應(yīng)Ⅱ甲醇分解制氫：CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90.6kJ/mol
反應(yīng)Ⅲ氣態(tài)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283.0kJ/mol，則反應(yīng)Ⅲ的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.4 kJ/mol
②該三種制氫方式中，等量的甲醇產(chǎn)生氫氣最多的是反應(yīng)Ⅰ（填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”）．
（2）實驗室模擬反應(yīng)Ⅰ甲醇水蒸氣重整制氫過程，合成器組成n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：1時，體系中甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強的關(guān)系如圖所示．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$．
②當溫度為250℃、壓強為P₂時，反應(yīng)達平衡時H₂的體積分數(shù)為67.6%．
③圖中的壓強由小到大的順序是P₁＜P₂＜P₃．
（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(zhì)的高溫型燃料電池，其負極的電極反應(yīng)式為H₂+2e^-+CO₃^2-=H₂O+CO₂，正極上通入的氣體為O₂（或空氣）、CO₂．

Answer 1

分析 （1）①Ⅰ．CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.4kJ/mol
Ⅱ．CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90.6kJ/mol
Ⅲ．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-283.0kJ/mol，
結(jié)合蓋斯定律計算，Ⅱ+Ⅲ得到所需熱化學(xué)方程式；
②反應(yīng)化學(xué)方程式定量關(guān)系計算得到；
（2）CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.4kJ/mol
①平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
②當溫度為250℃、壓強為P₂時，圖象中甲醇轉(zhuǎn)化率為82%，結(jié)合化學(xué)平衡三行計算得到；
③溫度一定，壓強越大平衡逆向進行，甲醇轉(zhuǎn)化率減小，據(jù)此分析；
（3）該原電池為氫氣燃料電池，通入燃料的電極為負極、通入氧化劑的電極為正極，負極是氫氣，正極為氧氣，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）①a．CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.4kJ/mol
b．CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90.6kJ/mol
c．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-283.0kJ/mol，
結(jié)合蓋斯定律計算，b+c得到反應(yīng)Ⅲ的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.4 kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.4 kJ/mol；
②反應(yīng)Ⅰ1mol甲醇反應(yīng)生成3mol氫氣，反應(yīng)Ⅱ中1mol甲醇反應(yīng)生成2mol氫氣，反應(yīng)Ⅲ中1mol甲醇反應(yīng)生成2mol氫氣，則等量的甲醇產(chǎn)生氫氣最多的是反應(yīng)Ⅰ，
故答案為：Ⅰ；
（2）①CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.4kJ/mol，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$；
②當溫度為250℃、壓強為P₂時，圖象中甲醇轉(zhuǎn)化率為82%，合成器組成n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：1時設(shè)為m，
                         CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）       m                m                 0              0
變化量（mol）   82%m            82%m            82%m        3×82%m
平衡量（mol）   18%m            18%m            82%m       3×82%m
反應(yīng)達平衡時H₂的體積分數(shù)=$\frac{3×82%m}{18%m+18%m+82%m+3×82%m}$×100%=67.6%，
故答案為：67.6%；
③溫度一定，壓強越大平衡逆向進行，甲醇轉(zhuǎn)化率減小，P₁＜P₂＜P₃，
故答案為：P₁＜P₂＜P₃；
（3）燃料電池是以氫為燃料，Li₂CO₃與K₂CO₃混合的碳酸鹽為電解質(zhì)的高溫型燃料電池，燃料在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)H₂+2e^-+CO₃^2-=H₂O+CO₂，正極是通入氧氣、二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)，
故答案為：H₂+2e^-+CO₃^2-=H₂O+CO₂；O₂（或空氣）、CO₂．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律的計算應(yīng)用、化學(xué)平衡計算、影響平衡因素分析判斷、原電池原理和電極反應(yīng)書寫，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．