甲醇可作为燃料电池的原料.以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇.Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)═CO(g)
来源:新能源网
时间:2024-08-17 11:14:08
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甲醇可作为燃料电池的原料.以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇.Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)═CO(g)【专家解说】:(1)I:CH4 (g)+H2O (g)=CO (
【专家解说】:(1)I:CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)△H=+206.0kJ?mol-1
II:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律,Ⅰ+Ⅱ得到:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g))△H=+77kJ?mol-1
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g))△H=+77.0kJ?mol-1;
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为100L的反应室,在一定条件下发生反应I,由图象可知100℃甲烷转化率为50%,故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol,则:
CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0 2.0 0 0
变化量(mol):0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量(mol):0.5 1.5 0.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率=1.5mol100L5min=0.003 mol?L-1?min-1,
故答案为:0.003 mol?L-1?min-1;
②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.005mol/L,c(H2O)=0.015mol/L,c(CO)=0.005mol/L,c(H2)=0.015mol/L,
平衡常数K=0.005×0.01530.005×0.015=2.25×10-4,
故答案为:2.25×10-4;
(3)①以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+,
故答案为:6、CO2↑、6、6H+;
②负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根与水,负极电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O.
故答案为:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
③甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池的总反应方程式为2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O,CH3OH与KOH的物质的量之比为1:2,1molCH3OH反应,应有2molKOH参与反应.
故答案为:2.
II:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ?mol-1
依据盖斯定律,Ⅰ+Ⅱ得到:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g))△H=+77kJ?mol-1
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g))△H=+77.0kJ?mol-1;
(2)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为100L的反应室,在一定条件下发生反应I,由图象可知100℃甲烷转化率为50%,故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol,则:
CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0 2.0 0 0
变化量(mol):0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量(mol):0.5 1.5 0.5 1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率=1.5mol100L5min=0.003 mol?L-1?min-1,
故答案为:0.003 mol?L-1?min-1;
②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.005mol/L,c(H2O)=0.015mol/L,c(CO)=0.005mol/L,c(H2)=0.015mol/L,
平衡常数K=0.005×0.01530.005×0.015=2.25×10-4,
故答案为:2.25×10-4;
(3)①以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+,
故答案为:6、CO2↑、6、6H+;
②负极发生氧化反应,甲醇在负极失去电子,碱性条件下生成碳酸根与水,负极电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O.
故答案为:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
③甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池的总反应方程式为2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O,CH3OH与KOH的物质的量之比为1:2,1molCH3OH反应,应有2molKOH参与反应.
故答案为:2.
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