Question

【題目】氫氣是一種理想的綠色能源．利用生物質(zhì)發(fā)酵得到的乙醇制取氫氣，具有良好的應(yīng)用前景．乙醇水蒸氣重整制氫的部分反應(yīng)過程如圖所示：

已知：反應(yīng)I和反應(yīng)II的平衡常數(shù)隨溫度變化曲線如圖所示。

（1）反應(yīng)I中，1molCH3CH2OH（g）參與反應(yīng)后的熱量變化是256kJ。

①反應(yīng)II的△H___0（填“＜”“=”或“＞”）。

②反應(yīng)I的熱化學(xué)方程式是____。

（2）反應(yīng)II，在進(jìn)氣比[n（CO）：n（H2O）]不同時(shí)，測(cè)得相應(yīng)的CO的平衡轉(zhuǎn)化率見下圖（各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度可能相同，也可能不同）。

①圖中D、E兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為TD和TE．判斷：TD______TE（填“＜”“=”或“＞”）。

②經(jīng)分析，A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，其原因是A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的______相同．

③當(dāng)不同的進(jìn)氣比達(dá)到相同的CO平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度和進(jìn)氣比的關(guān)系是______。

（3）反應(yīng)III，在經(jīng)CO2飽和處理的KHCO3電解液中，電解活化CO2制備乙醇的原理如圖所示。

①電解活化CO2制備乙醇化學(xué)方程式是_____。

②從電解后溶液中分離出乙醇的操作方法是_____。

Answer 1

【答案】< CH3CH2OH（g）+H2O（g）=4H2（g）+2CO（g）△H=+256kJmol-1 ＜ 化學(xué)平衡常數(shù) 進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低 14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3- 蒸餾

【解析】

（1）①由平衡常數(shù)隨溫度變化曲線圖可知，溫度升高，反應(yīng)II的平衡常數(shù)減小，說明升高溫度，平衡向逆向移動(dòng)，因此反應(yīng)II為正向放熱的反應(yīng)，即△H<0，

答案為：<；

②由平衡常數(shù)隨溫度變化曲線圖可知，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)增大，說明升高溫度，平衡向正向移動(dòng)，因此反應(yīng)Ⅰ為正向吸熱的反應(yīng)，即△H>0，根據(jù)反應(yīng)前后能量變化，則反應(yīng)Ⅰ的熱化學(xué)方程式為：CH3CH2OH(g)+H2O(g)=4H2(g)+2CO(g)△H=+256kJmol-1，

答案為：CH3CH2OH（g）+H2O（g）=4H2（g）+2CO（g）△H=+256kJmol-1

（2）①由平衡常數(shù)隨溫度變化曲線圖可知，溫度升高，反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)減小，說明升高溫度，平衡正向進(jìn)行程度減小，平衡逆向移動(dòng)，因此反應(yīng)Ⅱ?yàn)檎�向放熱的反�?yīng)。當(dāng)CO和H2O物質(zhì)的量之比相等時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率：D>E，說明由TD到TE，反應(yīng)逆向移動(dòng)，則TD到TE溫度升高，即TD<TE；

答案為：<；

②某一可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K只受溫度影響，溫度保持不變，改變影響化學(xué)平衡的其它條件時(shí)，平衡可能發(fā)生移動(dòng)，但K值不變。因此要說明A、E和G三點(diǎn)在反應(yīng)物濃度不同的情況下溫度相同，依據(jù)是其化學(xué)平衡常數(shù)相同；

答案為：化學(xué)平衡常數(shù)；

③由上一問題干已知，A、E和G三點(diǎn)反應(yīng)溫度相同，即。由圖可知，B、E、F三點(diǎn)進(jìn)氣比：，但CO轉(zhuǎn)化率相同，符合題干條件。TA到TB，CO轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)逆向移動(dòng)，因此TA>TB；同理，TF到TG，CO轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)逆向移動(dòng)，可得TG>TF，因此得出：，即當(dāng)不同的進(jìn)氣比達(dá)到相同的CO平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低。

答案為：進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低；

（3）①陰極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，元素化合價(jià)降低，CO2中碳元素為+4價(jià)，乙醇中碳元素平均化合價(jià)為-2價(jià)，為了維持電荷守恒，生成物還有HCO3-，HCO3-中的氫元素可從H2O中獲得，則陰極的電極反應(yīng)式為：14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3-；

答案為：14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3-；

②與水溶液相比，乙醇易揮發(fā)，沸點(diǎn)較低，可采用蒸餾的方法從電解液中分離出乙醇。

答案為：蒸餾。