Question

【題目】氫氣是一種理想的綠色能源。利用生物發(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)過程如下圖所示：

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，1 mol CH3CH2OH(g)參與反應(yīng)后的熱量變化是256 kJ。

① H2O的電子式是：_________________。

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制備乙醇的原理如下圖所示。

① 陰極的電極反應(yīng)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 = +256 kJ·mol-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 H2O的電子式為，故答案為：；

② 1 mol CH3CH2OH(g)參與反應(yīng)后的熱量變化是256 kJ，根據(jù)圖像，反應(yīng)I隨著溫度升高，平衡常數(shù)增大，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因此熱化學(xué)方程式為CH3CH2OH(g) + H2O(g) === 4H2(g) + 2CO(g) △H = +256 kJ·mol-1，故答案為：CH3CH2OH(g) + H2O(g) === 4H2(g) + 2CO(g) △H = +256 kJ·mol-1；

(2)①根據(jù)圖像，反應(yīng)II隨著溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明正反應(yīng)放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，CO轉(zhuǎn)化率減小，圖中D、E兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為TD和TE．D點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率大于E點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率，說明TD＜TE ，故答案為：＜；

②E點(diǎn)平衡常數(shù)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 1 100

變化量 0.50.50.50.5

平衡量 0.50.50.50.5

K=1

A點(diǎn)平衡常數(shù)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 1200

變化量

平衡量

K=1

G點(diǎn)平衡常數(shù)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量3200

變化量1.21.21.21.2

平衡量1.80.8121.2

K==1，

A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)相同，因此反應(yīng)溫度相同，故答案為：化學(xué)平衡常數(shù)；

③ 已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-42kJmol-1，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，CO轉(zhuǎn)化率減小，當(dāng)不同的進(jìn)氣比達(dá)到相同的CO平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，圖中B、E兩點(diǎn)E點(diǎn)的進(jìn)氣比大于B點(diǎn)，但轉(zhuǎn)化率相同，因此需要平衡正向移動(dòng)，則E點(diǎn)溫度低于B點(diǎn)，即進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低，故答案為：進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低；

(3)① 根據(jù)圖示，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化碳得到電子生成乙醇，根據(jù)題意，同時(shí)生成HCO3－，電極反應(yīng)式為14CO2 + 12e－ + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3－，故答案為：14CO2 + 12e－ + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3－；

② 乙醇乙揮發(fā)，可以通過蒸餾的方法從電解后溶液中分離出乙醇，故答案為：蒸餾。