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)過程如下左圖所示：

已知：反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)隨溫度變化曲線如上右圖所示。

（1）反應(yīng)Ⅰ中，1molCH3CH2OH(g)參與反應(yīng)后的熱量變化是256kJ。反應(yīng)1的熱化學(xué)方程式是_____________________。

（2）反應(yīng)Ⅱ，在進(jìn)氣比[n(CO)：n(H2O)]不同時(shí)，測得相應(yīng)的CO的平衡轉(zhuǎn)化率見下圖(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經(jīng)分析，A、E 和G 三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，其原因是A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的________相同。

③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_________________。

（3）反應(yīng)Ⅲ，在經(jīng)CO2飽和處理的KHCO3電解液中，電解活化CO2制備乙醇的原理如圖所示。

①陰極的電極反應(yīng)式是____________________。

②從電解后溶液中分離出乙醇的操作方法是_________________。

③直接向KOH溶液中通入CO2，可以獲得“經(jīng)CO2飽和處理的KHCO3電解液”，該過程中濃度先增大后減小的離子是__________________ (填化學(xué)式)。

Answer 1

【答案】 CH3CH2OH(g)+H2O(g)=4H2(g)+2CO(g) △H=+256 kJ·mol-1 < 化學(xué)平衡常數(shù) 進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低 14CO2+12e-+9H2O→CH3CH2OH+12HCO3- 蒸餾 CO32-

【解析】試題分析：由反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)隨溫度的變化曲線可知，反應(yīng)I是吸熱反應(yīng)、反應(yīng)II是放熱反應(yīng)。

（1）反應(yīng)Ⅰ中，1molCH3CH2OH(g)參與反應(yīng)后的熱量變化是256kJ，則反應(yīng)1的熱化學(xué)方程式是CH3CH2OH(g)+H2O(g)=4H2(g)+2CO(g) △H=+256kJ·mol-1。

（2）①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高后CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，所以圖中D、E兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度TD<TE。

②經(jīng)分析，A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，其原因是A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)相同。

③反應(yīng)II是一個(gè)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的放熱反應(yīng)。如果增大進(jìn)氣比[n(CO)：n(H2O)]，CO的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低，如果降低反應(yīng)的溫度，CO的轉(zhuǎn)化率會(huì)增大。所以，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：進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低。

（3）由題意可知，二氧化碳在陰極上被還原為乙醇。①陰極的電極反應(yīng)式是14CO2+12e-+9H2O→CH3CH2OH+12HCO3-。②根據(jù)乙醇和水的沸點(diǎn)相差較大，從電解后溶液中分離出乙醇的操作方法可以選擇蒸餾法。③直接向KOH溶液中通入CO2，可以獲得“經(jīng)CO2飽和處理的KHCO3電解液”，通入少量二氧化碳時(shí)，二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，若通入足量的二氧化碳，則碳酸根轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，所以，該過程中濃度先增大后減小的離子是CO32-。