Question

【題目】乙酸是生物油的主要成分之一，乙酸制氫具有重要意義：

熱裂解反應(yīng)CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) △H=+2l3.7KJ·mol－1

脫酸基反應(yīng)CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) △H=－33.5KJ·mol－1

（1）請寫出CO與H2甲烷化的熱化學(xué)方程式_________________________________。

（2）在密閉容器中，利用乙酸制氫，選擇的壓強為___________(填“較大”或“常壓”)。其中溫度與氣體產(chǎn)率的關(guān)系如圖：

①約650℃之前，脫酸基反應(yīng)活化能低速率快，故氫氣產(chǎn)率低于甲烷；650℃之后氫氣產(chǎn)率高于甲烷，理由是隨著溫度升高后，熱裂解反應(yīng)速率加快，同時______________________。

②保持其他條件不變，在乙酸氣中摻雜一定量水，氫氣產(chǎn)率顯著提高而CO的產(chǎn)率下降，請用化學(xué)方程式表示：_________________________________。

（3）若利用合適的催化劑控制其他的副反應(yīng)，溫度為TK時達到平衡，總壓強為PkPa，熱裂解反應(yīng)消耗乙酸20%，脫酸基反應(yīng)消耗乙酸60%，乙酸體積分數(shù)為___________(計算結(jié)果保留l位小數(shù))；脫酸基反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為___________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結(jié)果保留1位小數(shù))。

Answer 1

【答案】2CO(g) +2H2(g)→ CH4(g) + CO2 (g) H= 247.2 KJ·mol-1 常壓 熱裂解反應(yīng)正向移動，而脫酸基反應(yīng)逆向移動，故氫氣產(chǎn)率高于甲烷 CO(g) +H2O(g) ═ H2(g) + CO2 (g) 9.1% 0.8P

【解析】

（1）由蓋斯定律計算；

（2）在密閉容器中，利用乙酸制氫，CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) ，反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，選擇的壓強為常壓。

①熱裂解反應(yīng)CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) 是吸熱反應(yīng)，熱裂解反應(yīng)正向移動，脫酸基反應(yīng)CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) 是放熱反應(yīng)，而脫酸基反應(yīng)逆向移動。

②CO能與水蒸反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣。

（3）根據(jù)體積分數(shù)的定義計算；根據(jù)平衡常數(shù)Kp的定義計算。

（1）由蓋斯定律計算：①熱裂解反應(yīng)CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) △H=+2l3.7KJ·mol－1，②脫酸基反應(yīng)CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) △H=－33.5KJ·mol－1，②-①得：CO與H2甲烷化的熱化學(xué)方程式 2CO(g) +2H2(g)→ CH4(g) + CO2 (g) H= 247.2 KJ·mol-1；

（2）在密閉容器中，利用乙酸制氫，CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) ，反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，選擇的壓強為常壓。

①熱裂解反應(yīng)CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) 是吸熱反應(yīng)，熱裂解反應(yīng)正向移動，脫酸基反應(yīng)CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) 是放熱反應(yīng)，而脫酸基反應(yīng)逆向移動。650℃之后氫氣產(chǎn)率高于甲烷，理由是隨著溫度升高后，熱裂解反應(yīng)速率加快，同時①熱裂解反應(yīng)正向移動，而脫酸基反應(yīng)逆向移動，故氫氣產(chǎn)率高于甲烷。

②CO能與水蒸反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，在乙酸氣中摻雜一定量水，氫氣產(chǎn)率顯著提高而CO的產(chǎn)率下降，CO(g) +H2O(g) ═ H2(g) + CO2 (g) 。

（3）熱裂解反應(yīng)CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) △H=+2l3.7KJ·mol－1

0.2 0.4 0.4

脫酸基反應(yīng)CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) △H=－33.5KJ·mol－1

0.6 0.6 0.6

乙酸體積分數(shù)為0.2/(0.4+0.4+0.6+0.6+0.2)×100%=9.1%

Kp=p(CH4)p(CO2)/p(CH3COOH)= =0.8P.