Question

【題目】氫氣是一種理想的綠色能源。利用生物質(zhì)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)過程如圖1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2所示：

（1）①寫出反應(yīng)I中的化學(xué)方程式是________________。

②若反應(yīng)I在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2，乙醇的平衡轉(zhuǎn)化率___(填“增大”、“減小”或“不變”)，理由是___________。

（2）反應(yīng)Ⅱ在進(jìn)氣比[n(CO)：n(H2O)]不同，測(cè)得相應(yīng)的CO的平衡轉(zhuǎn)化率見下圖3(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___(用簡(jiǎn)要的文字?jǐn)⑹?。

（3）已知：

a、2CH3OH(g) + CO2(g) CO(OCH3)2(g) + H2O(g) △H = -15.5 kJ/mol，該反應(yīng)在0 ℃時(shí)K≈10-4.5；

b、2CH3OH(g) + CO2(g) + (g) CO(OCH3)2(g) + (g)△H = -110.7 kJ/mol。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)認(rèn)為反應(yīng)a沒有工業(yè)價(jià)值，你認(rèn)為其理由是______________________；但反應(yīng)b引入環(huán)氧丙烷()可有效促進(jìn)CO2與CH3OH反應(yīng)生成CO(OCH3)2，其原因是_________________________________。

Answer 1

【答案】CH3CH2OH ＋ H2O 2CO ＋ 4H2 增大 恒溫恒壓充入惰性氣體，相當(dāng)于減壓，朝氣體分子數(shù)增大方向移動(dòng) < 反應(yīng)溫度與進(jìn)氣比成反比 平衡常數(shù)小，原料轉(zhuǎn)化率低 反應(yīng)放熱量增加，能量越低越穩(wěn)定

【解析】

(1)①根據(jù)圖1判斷反應(yīng)I中的反應(yīng)物和生成物寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；②在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2，容器的體積增大，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，結(jié)合書寫的反應(yīng)I的方程式分析判斷；(2)根據(jù)圖1寫出反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)方程式，并根據(jù)圖2分析出反應(yīng)Ⅱ的熱量變化情況，結(jié)合化學(xué)平衡的影響因素分析解答①；結(jié)合反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)方程式和圖中BEF三點(diǎn)，分析反應(yīng)溫度與進(jìn)氣比的關(guān)系；(3)根據(jù)反應(yīng)a的K≈10-4.5，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)的意義分析解答；根據(jù)反應(yīng)b的 △H = -110.7 kJ/mol，結(jié)合物質(zhì)的穩(wěn)定性與能量的關(guān)系分析解答。

(1)①根據(jù)圖1，反應(yīng)I中的反應(yīng)物為CH3CH2OH和H2O，生成物為CO和H2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)，故答案為：CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)；

②反應(yīng)I為CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)，在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2，容器的體積增大，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，乙醇的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：增大；恒溫恒壓充入惰性氣體，相當(dāng)于減壓，平衡朝氣體分子數(shù)增大方向移動(dòng)；

(2)根據(jù)圖1，反應(yīng)Ⅱ為CO(g) +H2O(g) → H2(g) +CO2(g)，根據(jù)圖2，反應(yīng)Ⅱ隨溫度的升高，平衡常數(shù)K減小，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

①圖中D、E兩點(diǎn)時(shí)=1，CO的平衡轉(zhuǎn)化率D＞E，由于該反應(yīng)的平衡不受壓強(qiáng)的影響，影響改變的條件為溫度，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，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，說明溫度TD＜TE，故答案為：＜；

②CO(g) +H2O(g) → H2(g) +CO2(g) △H＜0。根據(jù)方程式可知，在其他條件不變時(shí)，越大，CO的轉(zhuǎn)化率越��；溫度越高，CO的平衡轉(zhuǎn)化率越小；因此當(dāng)不同的進(jìn)氣比達(dá)到相同的CO平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，如圖中BEF三點(diǎn)，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，溫度由低到高對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣比為0.5、1、1.5，進(jìn)氣比越高達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低，即反應(yīng)溫度與進(jìn)氣比成反比，故答案為：反應(yīng)溫度與進(jìn)氣比成反比；

(3)反應(yīng)a：2CH3OH(g) + CO2(g) CO(OCH3)2(g) + H2O(g) △H = -15.5 kJ/mol的K≈10-4.5，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度很小，原料轉(zhuǎn)化率低，沒有工業(yè)價(jià)值；反應(yīng)b：2CH3OH(g) + CO2(g) + (g) CO(OCH3)2(g) + (g) △H = -110.7 kJ/mol，由于該反應(yīng)放出的熱量增加，能量越低越穩(wěn)定，因此引入環(huán)氧丙烷()可有效促進(jìn)CO2與CH3OH反應(yīng)生成CO(OCH3)2，故答案為：平衡常數(shù)小，原料轉(zhuǎn)化率低；反應(yīng)放熱量增加，能量越低越穩(wěn)定。