Question

【题目】氢气是一种理想的绿色能源。利用生物发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下图所示：

已知：反应I和反应II的平衡常数随温度变化曲线如图所示。

（1）反应I中，1 mol CH3CH2OH(g)参与反应后的热量变化是256 kJ。

① H2O的电子式是：_________________。

② 反应I的热化学方程式是：___________________________。

（2）反应II，在进气比[n(CO) : n(H2O)]不同时，测得相应的CO的平衡转化率见下图（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同）。

① 图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。判断：TD_______TE（填“＜” “＝”或“＞”）。

② 经分析，A、E和G三点对应的反应温度相同，其原因是A、E和G三点对应的____相同。

③ 当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度和进气比的关系是______。

（3）反应III，在经CO2饱和处理的KHCO3电解液中，电解活化CO2制备乙醇的原理如下图所示。

① 阴极的电极反应式是__________________________。

② 从电解后溶液中分离出乙醇的操作方法是______________。

Answer 1

【答案】 CH3CH2OH(g) + H2O(g) === 4H2(g) + 2CO(g) △H = +256 kJ·mol-1 ＜ 化学平衡常数 进气比越大，反应温度越低 14CO2 + 12e－ + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3－ 蒸馏

【解析】

(1)① H2O的电子式为，故答案为：；

② 1 mol CH3CH2OH(g)参与反应后的热量变化是256 kJ，根据图像，反应I随着温度升高，平衡常数增大，说明正反应为吸热反应，因此热化学方程式为CH3CH2OH(g) + H2O(g) === 4H2(g) + 2CO(g) △H = +256 kJ·mol-1，故答案为：CH3CH2OH(g) + H2O(g) === 4H2(g) + 2CO(g) △H = +256 kJ·mol-1；

(2)①根据图像，反应II随着温度升高，平衡常数减小，说明正反应放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小，图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE．D点CO转化率大于E点CO转化率，说明TD＜TE ，故答案为：＜；

②E点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 1 100

变化量 0.50.50.50.5

平衡量 0.50.50.50.5

K=1

A点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量 1200

变化量

平衡量

K=1

G点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量3200

变化量1.21.21.21.2

平衡量1.80.8121.2

K==1，

A、E和G三点对应的化学平衡常数相同，因此反应温度相同，故答案为：化学平衡常数；

③ 已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-42kJmol-1，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小，当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时，图中B、E两点E点的进气比大于B点，但转化率相同，因此需要平衡正向移动，则E点温度低于B点，即进气比越大，反应温度越低，故答案为：进气比越大，反应温度越低；

(3)① 根据图示，阴极发生还原反应，二氧化碳得到电子生成乙醇，根据题意，同时生成HCO3－，电极反应式为14CO2 + 12e－ + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3－，故答案为：14CO2 + 12e－ + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3－；

② 乙醇乙挥发，可以通过蒸馏的方法从电解后溶液中分离出乙醇，故答案为：蒸馏。