(14分)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景,CO2加氢合成甲醇是合理利用CO2的有效途径。由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H 1=-49.58kJ•mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
反应Ⅲ:CO(g)+2 H2(g)CH3OH(g) △H 3=-90.77 kJ•mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的△H2= ,反应I自发进行条件是 (填“较低温”、“较高温”或“任何温度”)。
(2)在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H2和CO2仅发生反应Ⅰ,实验测得反应物在不同起始投入量下,反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线,如图1所示。
①H2和CO2的起始的投入量以A和B两种方式投入
A:n(H2)=3mol,n(CO2)=1.5mol
B:n(H2)=3mol,n(CO2)=2mol,曲线I代表哪种投入方式 (用A、B表示)
②在温度为500K的条件下,按照A方式充入3mol H2和1.5mol CO2,该反应10min时达到平衡:
a.此温度下的平衡常数为 ;500K时,若在此容器中开始充入0.3molH2和0.9mol CO2、0.6molCH3OH、xmolH2O,若使反应在开始时正向进行,则x应满足的条件是
b.在此条件下,系统中CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示,当反应时间达到3min时,迅速将体系温度升至600K,请在图2中画出3~10min内容器中CH3OH浓度的变化趋势曲线。
(3)固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池,它是以固体氧化锆、氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O 2-)在其间通过,该电池的工作原理如下图所示,其中多孔电极均不参与电极反应,下图是甲醇燃料电池的模型。
①出该燃料电池的负极反应式
②如果用该电池作为电解装置,当有16g甲醇发生反应时,则理论上提供的电量最多为 (法拉第常数为9.65×104C·mol-1)