Question

【題目】乙醇(C2H5OH)是生活中常見的物質(zhì)，下圖給出了乙醇的結(jié)構(gòu)式和球棍模型。

I.乙醇燃料電池(DEFC)具有很多優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的研究興趣�，F(xiàn)有以下三種乙醇燃料電池。

堿性乙醇燃料電池 酸性乙醇燃料電池 熔融鹽乙醇燃料電池

(1)三種乙醇燃料電池中正極反應(yīng)物均為_______。(填化學(xué)式)

(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會(huì)不斷下降，其原因是_______。

(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______。

(4)熔融鹽乙醇燃料電池中若選擇熔融碳酸鉀為介質(zhì)，電池工作時(shí)，CO32－向電極_______(填“a”或“b”)移動(dòng)。

II. 已知?dú)庀嘀苯铀�合法可以制取乙醇�?/span>H2O(g)+C2H4(g)CH3CH2OH(g)。當(dāng)n(H2O)：n(C2H4)=1：1時(shí)，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖：

(1)圖中壓強(qiáng)p1、p2、p3、p4的大小順序?yàn)椋?/span>_______，理由是：_______。

(2)氣相直接水合法采用的工藝條件為：磷酸／硅藻土為催化劑，反應(yīng)溫度290℃，壓強(qiáng)6.9 MPa，n(H2O)：n(C2H4)=0.6：1。該條件下乙烯的轉(zhuǎn)化率為5％。若要進(jìn)一步提高乙烯的轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有_______、_______。

Answer 1

【答案】O2 C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O 空氣中的CO2會(huì)與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時(shí)反應(yīng)中也會(huì)消耗KOH 3O2+12H++12e－=6H2O a p4>p3>p2>p1 反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強(qiáng)越大 其他條件不變，增加H2O(g)的濃度 其他條件不變，移出生成物

【解析】

I. (1)燃料電池中通入燃料的為負(fù)極，通入氧氣或空氣的為正極，三種乙醇燃料電池中正極反應(yīng)物均為氧氣；

(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a為負(fù)極，電極反應(yīng)式為C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2O，使用空氣代替氧氣 ，空氣中的CO2會(huì)與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時(shí)反應(yīng)中也會(huì)消耗KOH；

(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b為正極，電極反應(yīng)式為3O2+12H++12e－= 6H2O；

(4)根據(jù)圖示，a為負(fù)極，原電池中陰離子由正極向負(fù)極移動(dòng)，CO32－向電極a移動(dòng)；

Ⅱ．(1)在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為p1＜p2＜p3＜p4，由C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，乙烯的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強(qiáng)關(guān)系是p1＜p2＜p3＜p4；

(2)若要進(jìn)一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以改變物質(zhì)的濃度，如從平衡體系中將產(chǎn)物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度等。據(jù)此解答。

I. (1)燃料電池中通入燃料的為負(fù)極，通入氧氣或空氣的為正極，三種乙醇燃料電池中正極反應(yīng)物均為氧氣。本小題答案為：O2。

(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a為負(fù)極，電極反應(yīng)式為C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2O，使用空氣代替氧氣 ，空氣中的CO2會(huì)與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時(shí)反應(yīng)中也會(huì)消耗KOH。本小題答案為：C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2O；空氣中的CO2會(huì)與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時(shí)反應(yīng)中也會(huì)消耗KOH。

(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b為正極，電極反應(yīng)式為3O2+12H++12e－= 6H2O。本小題答案為：3O2+12H++12e－= 6H2O。

(4)根據(jù)圖示，a為負(fù)極，原電池中陰離子由正極向負(fù)極移動(dòng)，CO32－向電極a移動(dòng)。本小題答案為：a。

Ⅱ．(1)在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為p1＜p2＜p3＜p4，由C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，乙烯的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強(qiáng)關(guān)系是p1＜p2＜p3＜p4。本小題答案為：p1＜p2＜p3＜p4；反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強(qiáng)越大。

(2)若要進(jìn)一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以改變物質(zhì)的濃度，如從平衡體系中將產(chǎn)物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度等。本小題答案為：其他條件不變，增加H2O(g)的濃度；其他條件不變，移出生成物。