Question

【题目】为倡导“节能减排”和“低碳经济”，目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料乙醇。一定条件下发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。

（1）在一定条件下，在20 L密闭容器中按物质的量比为1∶3充入CO2和H2，温度在450 K，n(H2)随时间变化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8	6	5	5

在450 ℃、0～1 min，v(CH3CH2OH)＝________；此温度下该反应的化学平衡常数为________(结果保留三位有效数字)。

（2）在5 MPa下测得平衡体系中各物质的体积分数随温度的变化曲线如图所示：

曲线乙表示的是 ________(填物质的化学式)的体积分数，图像中A点对应的体积分数b＝________%(结果保留三位有效数字)。

（3）下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是________。

A．升高温度

B．将CH3CH2OH(g)及时液化抽出

C．选择高效催化剂

D．再充入l mol CO2和3 mol H2

（4）25 ℃、1.01×105Pa时，9.2 g液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出273.4 kJ的热量，写出表示乙醇燃烧的热化学方程式：________________________。

（5）以石墨为电极，氢氧化钠、乙醇、水、氧气为原料，可以制成乙醇的燃料电池，写出发生还原反应的电极反应式：_____________________________________。

Answer 1

【答案】 0.016 7 mol·L－1·min－1 6.75 CO2 18.8 BD CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 367 kJ·mol－1 O2＋2H2O＋4e－===4OH－

【解析】（1）由表中数据可知，0～1 min内，Δn(H2)＝8 mol－6 mol＝2 mol，则消耗氢气的浓度是2mol÷20L＝0.1mol/L，所以v(H2)＝0.1mol/L÷1min＝0.1 mol·L－1·min－1，由速率之比等于计量系数之比可知：v(H2)∶v(CH3CH2OH)＝6∶1，则v(CH3CH2OH)＝0.1 mol·L－1·min－1×1/6＝0.016 7 mol·L－1·min－1；由表中数据可知，H2起始投入量为8 mol，在20 L密闭容器中，CO2和H2的投料比为1∶3，则CO2起始投入量为，3 min后反应达平衡，则：

2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)

起始浓度（mol/L） 0.13 0.4 0 0

转化浓度（mol/L） 0.05 0.15 0.025 0.075

平衡浓度（mol/L） 0.08 0.25 0.025 0.075

则平衡常数K＝≈6.75。

（2）该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡时CO2与H2的含量增大，CH3CH2OH与H2O的含量降低，可知甲、乙为反应物，平衡逆向移动过程中，H2和CO2按比例(3∶1)增加，甲的含量高于乙，可知曲线乙表示的是CO2；丙、丁为生成物，反应开始时H2与CO2按3∶1的量进行投料，故生成乙醇与水的物质的量比为1∶3，即水的含量是乙醇含量的3倍，可知曲线丙、丁分别表示的是H2O、CH3CH2OH；A点为曲线乙和丙的交点，说明平衡时CO2、H2O的体积分数相同，可知两者体积也相同，设CO2、H2O的体积都是V，根据投料比有：V(H2)＝3V(CO2)＝3V，且V(CH3CH2OH)＝1/3V(H2O)＝V/3，故V总＝V＋V＋3V＋V/3＝16V/3，所以A点对应的体积分数为×100%≈18.8%。（3）A、放热反应，升高温度平衡逆向移动，A错误；B、移去CH3CH2OH，生成物浓度减小，平衡正向移动，B正确；C、催化剂只能改变反应的速率，对平衡移动无影响，C错误；D、恒容容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，相当于增大压强，平衡正向移动，D正确。答案选BD；（4）25 ℃、1.01×105 Pa时，9.2 g液态乙醇物质的量为0.2 mol，完全燃烧，当恢复到原状态时，放出273.4 kJ的热量，则1 mol乙醇完全燃烧恢复到原状态时，放出的热量为273.4 kJ×5＝1367 kJ，故该反应的热化学方程式为CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1367 kJ·mol－1。（5）乙醇的燃料电池中，燃料乙醇为负极，发生失电子的氧化反应，氧气是正极，发生得电子的还原反应，在碱性环境下，氧气的放电情况为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。