Question

以高纯H₂为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。

以甲醇为原料制取高纯H₂是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：主反应：

CH₃OH(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+3H₂(g)     △H=+49kJ⋅mol^-1

副反应：H₂(g)+CO₂(g)=CO(g)+H₂O(g)    △H=+41kJ⋅mol^-1

①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到H₂和CO，则该反应的热化学方程式为__，既能加快反应速率又能提高CH₃OH平衡转化率的一种措施是__。

②分析适当增大水醇比对甲醇水蒸气重整制氢的好处是___。

③某温度下，将=1∶1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为P₁，反应达平衡时总压强为P₂，则平衡时甲醇的转化率为___(忽略副反应)。

Answer

CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H=+90kJ/mol 升温 提高甲醇的利用率，有利于抑制CO的生成或抑制副反应发生 （-1）×100%

【解析】

根据盖斯定律计算反应热，根据勒夏特列原理和有效碰撞理论判断平衡正向移动，且增大反应速率的措施；恒温恒容下，气体的压强之比等于其物质的量之比，计算平衡时气体的总物质的量，再利用差量法计算参加反应甲醇的物质的量，进而计算甲醇的转化率。

①甲醇蒸气在催化剂作用下裂解可得到H2和CO，根据盖斯定律，该反应的热化学方程式为CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)△H=+49kJ⋅mol-1+41kJ⋅mol-1=+90kJ/mol，正反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度，增大反应速率，有利于平衡正向移动。

②适当增大水醇比有利于反应正向进行，提高甲醇的利用率，有利于抑制CO的生成。

③设起始n(H2O)=n(CH3OH)=1mol，恒温恒容下，气体的压强之比等于其物质的量之比，平衡时气体的总物质的量2mol×，

即2mol×=-p+-p+p+3p，p=，故甲醇的转化率为=（-1）×100%。