Question

【題目】乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業生產乙醇的一種反應原理為： 2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H= — 256.1 kJ·mol—1。

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H= — 41.2 kJ·mol—1

已知：H2O(l)=H2O(g) △H= + 44 kJ·mol—1

（1）以CO2(g)與H2(g)為原料也可合成乙醇，其熱化學方程式如下：2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(l) △H=___________。

（2）CH4和H2O(g)在催化劑表面發生反應CH4+H2OCO+3H2，該反應在不同溫度下的化學平衡常數如下表：

溫度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常數	0.45	1.92	276.5	1771.5

①該反應是__________反應（填“吸熱”或“放熱”）；

②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH4和1mol H2O(g)， 平衡時c(CH4)=0.5mol·L—1，該溫度下反應CH4+H2OCO+3H2的平衡常數K=_____________。

（3）汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環保領域的重要課題。某研究小組在實驗室以Ag-ZSM-5 為催化劑，測得NO轉化為N2的轉化率隨溫度變化情況如下圖

①若不使用CO，溫度超過775℃，發現NO的分解率降低，其可能的原因為___________；在n(NO)/n(CO)=1的條件下，應控制的最佳溫度在_____左右。

②用CxHy（烴）催化還原NOx也可消除氮氧化物的污染。寫出CH4與NO2發生反應的化學方程式：_____________。

（4）乙醇-空氣燃料電池中使用的電解質是攙雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2－離子。該電池負極的電極反應式為________________________。

Answer 1

【答案】－305.7 kJ·mol－1 吸熱 6.75 該反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行 870℃ CH4+2NO2=CO2+N2+2H2O CH3CH2OH-12e－+6O2－= 2CO2+3H2O

【解析】

（1）考查蓋斯定律的應用。根據已知反應可知，①－③×2－②即得到2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(l)，所以該反應熱是－256.1kJ/mol＋41.2kJ/mol-44kJ/mol×3=-305.7kJ/mol。

（2）①隨著溫度的升高，平衡常數逐漸增大，所以正反應是吸熱反應。

②平衡時c(CH4)=0.5mol·L—1，所以消耗甲烷是0.5mol/L，則生成CO是0.5mol/L，氫氣是

1.5mol/L，剩余甲烷和水蒸氣都是0.5mol/L，所以平衡常數為。

（3）①應用反應是放熱反應，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行，所以NO的分

解率降低。根據圖像可知，在n(NO)/n(CO)=1的條件下，溫度為870℃轉化率最高，所以

應該控制的溫度是870℃。

②NO2能把甲烷氧化生成CO2、氮氣和水，方程式為CH4+2NO2→CO2+N2+2H2O。

（4）原電池中負極失去電子，由于電解質能傳遞O2—離子，而在原電池中陰離子是向負極

移動的，所以負極方程式為CH3CH2OH—12e—+6O2—=2CO2+3H2O。