Question

【题目】氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。

（1）反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是___。

（2）已知反应器中还存在如下反应：

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

……

反应iii为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用__（写化学方程式）反应的ΔH。

（3）反应物投料比采用n（H2O）∶n（CH4）=4∶1，大于反应的计量数之比，目的是__（填字母）。

a.促进CH4转化 b.促进CO转化为CO2 c.减少积炭生成

（4）用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率__（填“升高”“降低”或“不变”）。此时CaO消耗率约为35%，但已失效，因为此时CaO主要发生了__（写化学方程式）反应而使（1）中反应平衡向__移动。

（5）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池。以此电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理过程（装置如图所示）。其中物质a是__，电源负极电极反应为___。“钝化”装置中阳极电极反应为___。

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） 氧气（或O2） CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O 2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+

【解析】

（1）根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4:1，结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4+2H2O4H2+CO2；

（2）已知反应器中还存在如下反应：

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

根据盖斯定律，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计算ΔH3时，还需要利用C(s)+CO2(g)=2CO(g)或C(s)+2H2O(g)2H2(g)+CO2(g)；

（3）反应物的投料比n(H2O):n(CH4)=4:1，大于初始反应的化学计量数之比，H2O 的物质的量增加，有利于促进CH4转化，促进CO转化为CO2，防止CH4分解生成C(s)，从而减少积炭生成；答案选abc。

（4）根据题图可知，从t1时开始，CaO 消耗率曲线的斜率逐渐减小，单位时间内CaO消耗率逐渐降低。CaO与CO2反应生成CaCO3， CaCO3会覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积，从而失效；

(5) 模拟铝制品表面“钝化” 处理，则电极铝是阳极，与电源的正极相连，则C为阴极，与电源的负极相连，所以a物质是氧气， b物质是甲醇，负极的电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O。铝为阳极，会发生氧化反应，表面形成氧化膜，必须有水参加，所以电极反应式为：2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+。