Question

【題目】(一)乙醇是一種重要的化工原料，也常用于生產(chǎn)乙醇汽油，解決燃油替代問題。最新以生物質(zhì)為原料合成乙醇的方案設(shè)計(jì)中，化學(xué)家提出了用H2還原乙酸的方法來提高乙醇的產(chǎn)率和品質(zhì)。

(1)用H2還原乙酸獲得乙醇的反應(yīng)為 CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH。該反應(yīng)在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，則ΔH__________(填“<”或“>”)0。

(2)已知該工藝中存在副反應(yīng)：CH3COOH(g)+H2(g)CO(g)+CH4(g)+H2O(g) ΔH＞0。下列措施不能提高乙醇產(chǎn)率的是_____________。

A.升高溫度 B.增大壓強(qiáng)

C.選擇合適催化劑 D.增大

(3)下列描述能說明反應(yīng)CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)已達(dá)化學(xué)平衡的是________。

A.氫氣、乙酸、乙醇的濃度相同 B.2v(H2)正=v(CH3CH2OH)逆

C.生成1 mol CH3COOH的同時(shí)生成1 mol H2O D.體系中乙醇的百分含量保持不變

(4)在=2的條件下投料，某研究小組進(jìn)行了在相同壓強(qiáng)下在相同時(shí)間內(nèi)乙醇的產(chǎn)率隨溫度變化的測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在圖中畫出乙醇的產(chǎn)率隨溫度變化的示意圖__________。

(二)NO2是大氣污染的主要污染物之一；硝酸鹽是水體污染的污染物之一。電化學(xué)降解NO3-的原理如圖所示，陰極電極反應(yīng)式為___________________________。

Answer 1

【答案】< AC CD 2NO3-+12H＋+10e-=N2↑+6H2O

【解析】

(一)(1)利用反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行時(shí)，△G=△H-T△S<0，利用△S<0，進(jìn)行判斷；

(2)從外界條件對(duì)可逆反應(yīng)的平衡移動(dòng)原理方向分析，若改變條件使CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)正向移動(dòng)，則乙醇產(chǎn)率增大，反之產(chǎn)率降低；

(3)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，任何物質(zhì)的濃度不變，任何物質(zhì)的含量不變，用同一物質(zhì)表示的正反應(yīng)、逆反應(yīng)的速率保持不變；

(4)根據(jù)在反應(yīng)達(dá)到平衡前，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，更多的反應(yīng)物變?yōu)樯�成物；�?dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度化學(xué)平衡向吸熱的反應(yīng)方向移動(dòng)分析乙醇的產(chǎn)率然后畫出其相應(yīng)的圖象。

(二)根據(jù)圖象知，NO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N2，則Ag-Pt作陰極，Pt電極為陽極，a為正極，b為負(fù)極，以此解答。

(1)反應(yīng)CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，由于△G=△H-T△S<0，△S<0，則ΔH<0。

(2)A.由于CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，使乙醇產(chǎn)率降低，且反應(yīng)逆向移動(dòng)，而該反應(yīng)的副反應(yīng)：CH3COOH(g)+H2(g)CO(g)+CH4(g)+H2O(g) ΔH>0的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，更多的反應(yīng)物反應(yīng)生成CO、CH4等，最終導(dǎo)致乙醇產(chǎn)率降低，A符合題意；

B.增大壓強(qiáng)副反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng)，主反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，最終使乙醇產(chǎn)率增大，B不符合題意；

C.選擇合適催化劑，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，乙醇的轉(zhuǎn)化率不變，C符合題意；

D.增大，主反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，更多的乙酸變?yōu)橐掖迹�乙醇的產(chǎn)率增大，D不符合題意；

故合理選項(xiàng)是AC；

(3) A.可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氫氣、乙酸、乙醇的濃度可能相同，也可能不相同，這取決于開始時(shí)加入的乙酸、氫氣的物質(zhì)的量的比及轉(zhuǎn)化率，A錯(cuò)誤；

B.任何條件下，v(H2)正=2v(CH3CH2OH)正，若2v(H2)正=v(CH3CH2OH)逆，4v(CH3CH2OH)正= v(CH3CH2OH)逆，同一物質(zhì)表示的正反應(yīng)、逆反應(yīng)的速率不相等，反應(yīng)達(dá)到平衡，B錯(cuò)誤；

C.生成1 mol CH3COOH就會(huì)消耗1molH2O，同時(shí)生成1molH2O，說明水的濃度不變，任何物質(zhì)的濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡，C正確；

D.若反應(yīng)達(dá)到平衡，任何物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則物質(zhì)的量濃度不變，混合物形成的體系中乙醇的百分含量保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡，D正確；

故合理選項(xiàng)是CD；

(4)在氫氣與乙酸混合比例不變時(shí)，升高溫度，反應(yīng)物分子能量增加，反應(yīng)速率加快，更多的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為乙醇，乙醇的產(chǎn)率隨溫度的升高而增大；當(dāng)在某溫度下達(dá)到平衡時(shí)，乙醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值，后隨著溫度的升高，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，使乙醇的產(chǎn)率降低，所以乙醇的產(chǎn)率與溫度的變化曲線關(guān)系為：。

(二)由圖示知在Ag-Pt電極上NO3-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則b為負(fù)極，a為電源正極，在陰極反應(yīng)是NO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N2，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應(yīng)且有水生成，所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O。