Question

【題目】氫能源是最具應用前景的能源之一，高純氫的制備是目前的研究熱點。甲烷水蒸氣催化重整是制高純氫的方法之一。

（1）反應器中初始反應的生成物為H2和CO2，其物質的量之比為4∶1，甲烷和水蒸氣反應的方程式是___。

（2）已知反應器中還存在如下反應：

i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH1

ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH2

iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH3

……

反應iii為積炭反應，利用ΔH1和ΔH2計算ΔH3時，還需要利用__（寫化學方程式）反應的ΔH。

（3）反應物投料比采用n（H2O）∶n（CH4）=4∶1，大于反應的計量數之比，目的是__（填字母）。

a.促進CH4轉化 b.促進CO轉化為CO2 c.減少積炭生成

（4）用CaO可以去除CO2。H2體積分數和CaO消耗率隨時間變化關系如圖所示。從t1時開始，H2體積分數顯著降低，單位時間CaO消耗率__（填“升高”“降低”或“不變”）。此時CaO消耗率約為35%，但已失效，因為此時CaO主要發生了__（寫化學方程式）反應而使（1）中反應平衡向__移動。

（5）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池。以此電池作電源，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理過程（裝置如圖所示）。其中物質a是__，電源負極電極反應為___。“鈍化”裝置中陽極電極反應為___。

Answer 1

【答案】CH4+2H2O4H2+CO2 C(s)+CO2(g)=2CO(g)或C(s)+2H2O(g)2H2(g)+CO2(g) abc 降低 CaO+H2O=Ca(OH)2 左（或逆向） 氧氣（或O2） CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O 2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+

【解析】

（1）根據CH4與H2O反應生成H2、CO2的物質的量之比為4:1，結合原子守恒可得反應的化學方程式為CH4+2H2O4H2+CO2；

（2）已知反應器中還存在如下反應：

i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH1

ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH2

iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH3

根據蓋斯定律，由i-ii-iii或i+ii- iii可得C(s)+CO2(g)=2CO(g)或C(s)+2H2O(g)2H2(g)+CO2(g)，所以利用ΔH1和ΔH2計算ΔH3時，還需要利用C(s)+CO2(g)=2CO(g)或C(s)+2H2O(g)2H2(g)+CO2(g)；

（3）反應物的投料比n(H2O):n(CH4)=4:1，大于初始反應的化學計量數之比，H2O 的物質的量增加，有利于促進CH4轉化，促進CO轉化為CO2，防止CH4分解生成C(s)，從而減少積炭生成；答案選abc。

（4）根據題圖可知，從t1時開始，CaO 消耗率曲線的斜率逐漸減小，單位時間內CaO消耗率逐漸降低。CaO與CO2反應生成CaCO3， CaCO3會覆蓋在CaO表面，減少了CO2與CaO的接觸面積，從而失效；

(5) 模擬鋁制品表面“鈍化” 處理，則電極鋁是陽極，與電源的正極相連，則C為陰極，與電源的負極相連，所以a物質是氧氣， b物質是甲醇，負極的電極反應式為：CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O。鋁為陽極，會發生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為：2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+。