Question

【題目】氫氣是一種理想的綠色能源。利用生物質發酵得到的乙醇制取氫氣，具有良好的應用前景。乙醇水蒸氣重整制氫的部分反應過程如下圖所示：

已知：反應I和反應II的平衡常數隨溫度變化曲線如下圖所示。

（1）①試說明反應Ⅰ能否發生自發反應______________________________________。

②反應Ⅰ、Ⅱ達平衡后，若在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2，CO的體積分數會________________（填“上升”、“不變”、“下降”）。

（2）反應II，在進氣比[n(CO) : n(H2O)]不同時，測得相應的CO的平衡轉化率見下圖1

（各點對應的反應溫度可能相同，也可能不同）。

③圖中D、E兩點對應的反應溫度分別為TD和TE。判斷：TD______TE（填“<”“=”或“>”）。

④經分析計算，A、E和G三點對應的反應溫度相同，理由是_________________________。

⑤在圖2中，畫出D點所對應溫度下CO平衡轉化率隨進氣比[n(CO) : n(H2O)]的曲線。____________

⑥以熔融Na2CO3為電解質的乙醇燃料電池具有廣泛的應用，寫出其負極的電極反應方程式。________________________________。

Answer 1

【答案】 反應ⅠCH3CH2OH+H2O→2CO+4H2 ，△S>0，根據化學平衡常數與溫度的關系可知△H>0 ，高溫下可自發 上升 < 經計算，A、E、G三點平衡常數相同，故反應溫度相同 趨勢正確，且必須穿過F、G之間 C2H5OH - 6e- + 3CO32- = 5CO2 + 3H2O

【解析】（1）①反應ⅠCH3CH2OH+H2O→2CO+4H2 ，△S>0，根據化學平衡常數與溫度的關系可知△H>0 ，高溫下可自發。

②在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2相當于增大了容器的體積，有利于反應Ⅰ正向移動，反應II平衡不移動，CO的體積分數會增大。

（2）③已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=42kJmol1，反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，CO轉化率減小，圖中D.E兩點對應的反應溫度分別為TD和TE.D點CO轉化率大于E點CO轉化率，說明TD<TE，故答案為：<；

④E點平衡常數CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量1100

變化量0.50.50.50.5

平衡量0.50.50.50.5

K=1

A點平衡常數CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量1200

變化23232323

平衡13432323

K=1

G點平衡常數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=1.2×1.2/1.8×0.8=1，

經計算，A、E、G三點平衡常數相同，故反應溫度相同

⑤趨勢正確，且必須穿過F、G之間

⑥負極為乙醇失電子的反應，電極反應為：C2H5OH - 6e- + 3CO32- = 5CO2 + 3H2O