Question

17．乙醇是一種重要的化工原料，在生活、生產(chǎn)中的應用廣泛．
（1）工業(yè)上利用二甲醚合成乙醇
反應①：CH₃OCH₃（g）+CO（g）?CH₃COOCH₃（g）△H₁
反應②：CH₃COOCH₃（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）+C₂H₅OH（g）△H₂
一定壓強下，溫度對二甲醚和乙酸甲酯平衡轉(zhuǎn)化率影響如圖1所示，則△H₁
＜0（填“＞”或“＜”，下同）、△H₂＜0．溫度對平衡體系中乙酸甲酯的含量和乙醇含量的影響如圖2所示．在300K～600K范圍內(nèi)，乙酸甲酯的百分含量逐漸增加，乙醇的百分含量逐漸減小的原因是300～600K范圍內(nèi)，隨著溫度升高，反應①對應的平衡體系向逆反應方向移動的程度比反應②的小．

（2）乙醇加入汽油（平均分子式為C₈H₁₈）中能改善油品質(zhì)量，減少對環(huán)境的影響．
①乙醇汽油可提高燃油的燃燒效率，減少CO等不完全燃燒產(chǎn)物的生成．相同條件下，等物質(zhì)的量的乙醇與汽油完全燃燒消耗氧氣之比為6：25．
②NO_x的有效消除成為環(huán)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(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖3所示．若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為NO分解反應是放熱反應，775K時，反應達平衡，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應控制的最佳溫度在870℃左右．寫出此條件下發(fā)生反應的化學方程式：2NO+2C$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+2CO₂．
（3）某乙醇燃料電池采用質(zhì)子（H⁺）溶劑，在200℃左右供電的電池總反應為C₂H₅OH+3O₂→2CO₂+3H₂O．該電池負極的電極反應式為C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）溫度升高平衡向吸熱方向移動，如果正向移動，反應物的轉(zhuǎn)化率會升高；不同反應，溫度的變化對平衡體系的影響程度不一樣；
（2）①可根據(jù)燃燒反應方程式計算等物質(zhì)的量的乙醇與汽油完全燃燒消耗氧氣的物質(zhì)的量之比；
②升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；NO和CO在催化劑作用下生成無毒氣體，產(chǎn)物應為N₂和CO₂，根據(jù)電子守恒和原子守恒可得此反應的化學方程式；
（3）燃燒電池的負極反應氧化反應，由電池總反應為C₂H₅OH+3O₂→2CO₂+3H₂O可知，負極乙醇的氧化產(chǎn)物為CO₂，結(jié)合可移動的離子微粒是H+寫出負極電極反應式．

解答 解：（1）由圖1可知隨著溫度的升高，二甲醚和乙酸甲酯平衡轉(zhuǎn)化率均降低，說明溫度升高，反應①、反應②均逆向移動，即反應的正方向均為放熱反應，則△H₁＜0、△H₂＜0；由圖2可知在300K～600K范圍內(nèi)，乙酸甲酯的百分含量逐漸增加，乙醇的百分含量逐漸減小，說明此溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，反應①對應的平衡體系向逆反應方向移動的程度比反應②的小；
故答案為：＜；＜；300～600K范圍內(nèi)，隨著溫度升高，反應①對應的平衡體系向逆反應方向移動的程度比反應②的小；
（2）①1mol乙醇完全燃燒消耗氧氣的物質(zhì)的量為1mol×（2+$\frac{6}{4}$-$\frac{1}{2}$）=3mol，1molC₈H₁₈完全燃燒消耗氧氣的物質(zhì)的量為1mol×（8+$\frac{18}{4}$）=12.5mol，則相同條件下，等物質(zhì)的量的乙醇與汽油完全燃燒消耗氧氣之比為3mol：12.5mol=6：25；
故答案為：6：25；
②升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應向逆反應方向進行，該反應放熱；由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為100%；CO與NO₂發(fā)生反應生成無毒的N₂和CO₂，反應為2NO+2C$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+2CO₂，
故答案為：NO分解反應是放熱反應，775K時，反應達平衡，升高溫度反應更有利于向逆反應方向進行；870℃；2NO+2C$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+2CO₂；
（3）乙醇在負極發(fā)生氧化反應生成CO₂，電極反應式為C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺；
故答案為：C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺．

點評 本題考查化學平衡的影響因素，重點是溫度對平衡的影響，涉及有機物燃燒消耗氧氣的計算及有機物燃燒電池的電極反應式書寫，屬基礎考查，難點適中．