甲醇水蒸气重整制氢 (SRM) 系统简单，产物中 H ₂ 含量高、 CO 含量低 (CO 会损坏燃料电池的交换膜 ) ，是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。反应如下 :

反应 Ⅰ ( 主 ) :CH ₃ OH(g)+ H ₂ O(g) CO ₂ (g)+ 3H ₂ (g) ΔH ₁ =+49kJ/mol

反应 Ⅱ ( 副 ) :H ₂ (g)+ CO ₂ (g) CO(g)+ H ₂ O(g) ΔH ₂ =+41kJ/mol

温度高于 300 ℃则会同时发生反应Ⅲ : CH ₃ OH(g) CO(g)+2H ₂ (g) ΔH ₃

（ 1 ）计算反应 Ⅲ的 ΔH ₃ = _________ 。

（ 2 ）反应 1 能够自发进行的原因是 _______________ ，升温有利于提高 CH ₃ OH 转化率，但也存在一个明显的缺点是 __________ 。

（ 3 ）右图为某催化剂条件下， CH ₃ OH 转化率、 CO 生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高 ,CO 的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是 ____________ ( 填标号 ) 。

A． 反应 Ⅱ逆向移动

B． 部分 CO 转化为 CH ₃ OH

C． 催化剂对反应 Ⅱ的选择性低

D． 催化剂对反应 Ⅲ的选择性低

②随着温度的升高， CH ₃ OH 实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是 ______ 。

③写出一条能提高 CH ₃ OH 转化率而降低 CO 生成率的措施 _________ 。

（ 4 ） 250 ℃，一定压强和催化剂条件下， 1.00molCH ₃ OH 和 1.32molH ₂ O 充分反应 ( 已知此条件下可忽略反应 Ⅲ ), 平衡时测得 H ₂ 为 2.70mol,CO 有 0.030mol, 试求反应 Ⅰ中 CH ₃ OH 的转化率 _________ ，反应 Ⅱ的平衡常数 _________ ( 结果保留两位有效数字 )

答案

+90kJ/mol 反应 Ⅰ为熵增加的反应 CO 含量升高，破坏燃料电池的交换膜 C 升温反应速率加快 其它条件不变，提高 n( 水 )/n( 甲醇 ) 的比例 ( 或其它条件不变，选择更合适的借化剂 ) 91% 5.6×10 ^-3

【详解】

（ 1 ）反应 Ⅰ加上反应Ⅱ得到： CH ₃ OH(g) CO(g)+2H ₂ (g)   ΔH ₃ = +90kJ/mol 。

（ 2 ）反应自发进行的要求是 △ G= △ H － T △ s ＜ 0 ，此反应的 △ H ＞ 0 ，所以反应自发进行的原因就是 △ s ＞ 0 ，即反应为熵增反应。升温会促进反应 Ⅲ的发生，提高 CO 的含量，而 CO 会破坏该电池的交换膜。

（ 3 ） ①工业生产中，一般不会等待反应达到平衡后再进行下一道工序，多数都是进行一段时间的反应就将体系取出，所以一般来说，反应的速度越快，取出的体系就越接近应该达到的平衡态。随着反应温度的升高，速度加快，但是 CO 的生产率并没有接近反应的平衡态，说明该反应使用的催化剂对于反应 Ⅱ几乎没有加速作用，所以选项 C 正确，选项 D 错误。三个反应都吸热，所以升温都正向移动，不会促进 CO 转化为甲醇，选项 A 、选项 B 都错误。

②由①的叙述可以得到答案为：升温反应速率加快。

③加入水蒸气，可以调高甲醇的转化率，同时使反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动，从而降低了 CO 的生成率。加入更合适的催化剂，最好只催化反应 Ⅰ，不催化反应Ⅱ，这样也能达到目的。

（ 4 ）达平衡时 CO 有 0.03mol ，根据反应 Ⅱ得到参与反应的氢气为 0.03mol ，所以反应 Ⅰ生成的氢气为 2.73mol （平衡剩余氢气 2.7mol ），根据反应 Ⅰ，消耗的甲醇为 0.91mol ，所以甲醇转化率为 91% 。根据反应 Ⅰ的数据，消耗的水为 0.91mol ，生成的 CO ₂ 为 0.91mol ，则剩余 1.32-0.91=0.41mol 水，在反应 Ⅱ中应该消耗 0.03molCO ₂ ，生成 0.03molCO 和 0.03mol 水，所以达平衡时，水为 0.41+0.03=0.44mol ， CO ₂ 为 0.91-0.03=0.88mol 。所以反应 Ⅱ的平衡常数为（设容器体积为 V ） 。