CH
3OH是一種綠色燃料,工業(yè)上制備CH
3OH發(fā)生如下反應(yīng):
反應(yīng)1:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔH
1=-49.5kJ/mol
反應(yīng)2:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2=+41.2kJ/mol
(1)n
起始(CO
2):n
起始(H
2)=1:3的混合氣體發(fā)生反應(yīng)1和反應(yīng)2,恒壓分別為1MPa、3MPa、5MPa下反應(yīng)達到平衡時CO
2的轉(zhuǎn)化率(α)(曲線a、b、c)以及3MPa時生成CH
3OH、CO選擇性(S)的變化如圖1所示(選擇性為目標(biāo)產(chǎn)物在總產(chǎn)物中的比率)。
①隨著溫度升高,a、b、c三條曲線接近重合的原因是
溫度較高時以反應(yīng)2為主,該反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等,改變壓強對其平衡沒有影響
溫度較高時以反應(yīng)2為主,該反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等,改變壓強對其平衡沒有影響
。
②250℃時,反應(yīng)2的平衡常數(shù)K=
0.0096
0.0096
。
(2)恒壓下,n
起始(CO
2):n
起始(H
2)=1:3的混合氣體以一定流速通入分子篩膜反應(yīng)器(如圖2所示),反應(yīng)相同時間,測得甲醇選擇性隨溫度的變化如圖3所示。
①隨溫度升高,平衡時CH
3OH選擇性降低的原因是
溫度升高,平衡時反應(yīng)1正向進行程度減小
溫度升高,平衡時反應(yīng)1正向進行程度減小
。
②溫度相同時,CH
3OH選擇性的實驗值高于平衡值,其原因可能是
在該條件下反應(yīng)1的速率大于反應(yīng)2,單位時間內(nèi)生成甲醇的量比生成CO的量多
在該條件下反應(yīng)1的速率大于反應(yīng)2,單位時間內(nèi)生成甲醇的量比生成CO的量多
。
③分子篩膜反應(yīng)器可提高CO
2轉(zhuǎn)化率的原因是
該分子篩膜反應(yīng)器具有雙重功能,只能催化發(fā)生反應(yīng)1,及時分離出水蒸氣使平衡正向移動,CO2的轉(zhuǎn)化率增大
該分子篩膜反應(yīng)器具有雙重功能,只能催化發(fā)生反應(yīng)1,及時分離出水蒸氣使平衡正向移動,CO2的轉(zhuǎn)化率增大
。
(3)某甲醇燃料電池的工作原理如圖4所示。負極的電極反應(yīng)式為
CH3OH-6e-+H2O═CO2↑+6H+
CH3OH-6e-+H2O═CO2↑+6H+
。