利用*醇和水蒸气重整为燃料电池提供*气。*醇和水蒸气重整的主要反应是:反应i:CH3OH(g)+H2O(g)C...
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利用*醇和水蒸气重整为燃料电池提供*气。*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*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/*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_______。
【回答】
【*】 (1). K= (2). 温度 (3). > (4). 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。 (5). 此条件下*醇的平衡转化率最高,且CO的物质的量分数较小。 (6). 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】
【分析】
(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/*醇投料比增大,*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/*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。
【详解】(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*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*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*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℃*醇转化率高,且在水/*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/*醇投料比为2条件最佳,故*为:此条件下*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*醇浓度降低,*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*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
【点睛】1.确定反应的最佳条件,应尽量放大有利因素、减小不利因素,综合权衡才能最终确定;
2.化学是门实验科学,是以实验为基础的。影响化学反应的因素多种多样,特别是在对反应的影响方向相反时,需要根据实验的结果判定哪些是主要因素,哪些是次要因素。
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题
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