Question

【题目】氢能是一种高效清洁、极具发展潜力的能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。

已知下列反应：

(1)反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如图所示。则△H1________△H2(填“>”、“<”或“=”)；△H3=________(用△H1、△H2表示)。

(2)向2L密闭容器中充入H2和CO2共6mol，改变氢碳比[n(H2)/n(CO2)]在不同温度下发生反应III达到平衡状态，测得的实验数据如下表。分析表中数据回答下列问题：

①温度升高，K值________(填“增大”、“减小”、或“不变”)。

②提高氢碳比，K值________ (填“增大”“减小”或“不变”)，对生成乙醇________ (填“有利”或“不利”)

③在700K、氢碳比为1.5，若5min反应达到平衡状态，则0~5min用H2表示的速率为________。

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

①阴极的电极反应式为________________。

②从电解后溶液中分离出乙醇的操作方法为________________。

(4)在一定条件下发生反应Ⅳ，测得不同温度对CO2的平衡转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法正确的为________ (填序号)

①不同条件下反应，N点的速率最大

②M点平衡常数比N点平衡常数大

③温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大

④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的平衡转化率

Answer 1

【答案】 > -(2△H2 + △H1) 减小 不变 有利 0.144mol·L-1·min-1 14CO2 + 12e- + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3- 蒸馏 ②

【解析】（1）由K-T图可知，温度升高，反应Ⅰ的平衡常数增大，说明升高温度，平衡向正向移动，因此反应Ⅰ为正向吸热的反应，即△H1>0，同理反应Ⅱ平衡常数减小，说明升温平衡逆向移动，为放热反应，△H2<0，故△H1>△H2。根据盖斯定律，反应Ⅲ等于反应Ⅰ的逆反应加上反应Ⅱ的逆反应的2倍，故得出△H3=-(2△H2 + △H1)。

（2）①由表中数据可知，n（H2）/n（CO2）一定情况下，温度越高，CO2转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应移动，正反应为放热反应，所以平衡常数k减小；故答案为：减小；②平衡常数只与温度有关，提高氢碳比[n（H2）/n（CO2）]，但温度不变，所以平衡常数K值将不变，但是增加氢气的量有利于平衡正向移动，有利于生成乙醇，故答案为：不变；有利；

（3）①阴极得电子，发生还原反应，元素化合价降低，CO2中碳元素为+4价，乙醇中碳元素平均化合价为-2价，为了维持电荷守恒，生成物还有HCO3-，HCO3-中的氢元素可从H2O中获得，则阴极的电极反应式为：14CO2 + 12e- + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3-；②与水溶液相比，乙醇易挥发，沸点较低，可采用蒸馏的方法从电解液中分离出乙醇。

（4）①化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故①不正确；②升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故②正确；③温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行乙烯的产率减小，故③不正确；④为提高CO2的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故④不正确；故答案为：②。