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圖所示。

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

① H2O的電子式是：_________________。

② 反應I的熱化學方程式是：___________________________。

（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（各點對應的反應溫度可能相同，也可能不同）。

① 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“＞”）。

② 經分析，A、E和G三點對應的反應溫度相同，其原因是A、E和G三點對應的____相同。

③ 當不同的進氣比達到相同的CO平衡轉化率時，對應的反應溫度和進氣比的關系是______。

（3）反應III，在經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 ＜ 化學平衡常數 進氣比越大，反應溫度越低 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)參與反應后的熱量變化是256 kJ，根據圖像，反應I隨著溫度升高，平衡常數增大，說明正反應為吸熱反應，因此熱化學方程式為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根據圖像，反應II隨著溫度升高，平衡常數減小，說明正反應放熱反應，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：＜；

②E點平衡常數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點平衡常數CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 1200

變化量

平衡量

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，

A、E和G三點對應的化學平衡常數相同，因此反應溫度相同，故答案為：化學平衡常數；

③ 已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-42kJmol-1，反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，CO轉化率減小，當不同的進氣比達到相同的CO平衡轉化率時，圖中B、E兩點E點的進氣比大于B點，但轉化率相同，因此需要平衡正向移動，則E點溫度低于B點，即進氣比越大，反應溫度越低，故答案為：進氣比越大，反應溫度越低；

(3)① 根據圖示，陰極發(fā)生還原反應，二氧化碳得到電子生成乙醇，根據題意，同時生成HCO3－，電極反應式為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。