题目内容
【题目】乙酸是生物油的主要成分之一，乙酸制氢具有重要意义：
反应I（热裂解）：CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g) △H1
反应II（脱羧基）：CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g) △H2
已知：反应I的活化能为（E5-E2）kJ，反应I逆反应的活化能为（E5-E3）kJ，反应II的活化能为（E4-E2）kJ，反应II逆反应的活化能为（E4-E1）kJ，E1到E5能量依次增大
（1）△H1+△H2=___________kJ/mol (用有关E的代数式表示)；
（2）在不同温度下，向密闭容器中充入等量醋酸蒸汽，反应相同时间后，测得各气体的产率与温度的关系如图所示：
①约650℃之前，氢气产率低于甲烷的原因是；________________________________；
②约650℃之后，随着温度升高后，氢气产率高于甲烷的原因是：___________；（填编号）
a. 反应II速率减慢
b. 反应I速率加快的程度比反应II大
c. 反应I正向移动，而反应II逆向移动
d. 反应I正向移动的程度大于反应II正向移动的程度
③根据图像分析，该容器中一定发生了另外的副反应，理由是：______________。
（3）投入一定量的乙酸，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：
温度（℃） | 催化剂 | CH3COOH转化率 | H2的选择性 |
550 | 甲 | 14.5 | 40.2 |
550 | 乙 | 11.1 | 62.1 |
600 | 甲 | 11.2 | 41.2 |
600 | 乙 | 10.3 | 63.3 |
（H2的选择性：转化的CH3COOH中生成H2的百分比）
①表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CH3COOH转化成H2的选择性有显著的影响，其原因是________。
②有利于提高CH3COOH转化为H2平衡转化率的措施有________。
A．使用催化剂甲 B．使用催化剂乙
C．升高反应温度 D．增加反应物的浓度
【答案】E1+E3-2E2 反应I的活化能高于反应II，使生成H2的速率低于生成CH4的速率 bc 根据反应I看出，生成CO与H2的比例为1：1，但图像中这两种气体的产率显然非1：1。 此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。 C 16.7% 
【解析】
(1)已知：反应I的活化能为(E5-E2)kJ，反应I逆反应的活化能为(E5-E3)kJ，反应II的活化能为(E4-E2)kJ，反应II逆反应的活化能为(E4-E1)kJ，E1到E5能量依次增大，根据上述关系，画出图像分析
，根据△H=生成物总能量-反应物总能量计算；
(2)①约650℃之前，脱酸基反应活化能低速率快，故氢气产率低于甲烷；
②热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g)正向是吸热反应，升高温度有利于反应正向进行，并且平衡进行的程度增大，而脱酸基反应CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g)正向是放热反应，升高温度，反应会逆向进行，并且平衡进行的程度减小，据此解答；
③图象分析可知，反应Ⅰ生成CO与H2的比例为1：1，结合图象中气体物质的量之比分析判断；
(3)①不同的催化剂的催化能力不同，且催化剂具有选择性；
②CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)正向是吸热反应，提高CH3COOH转化为H2平衡转化率，应使平衡正向移动，可升高温度，减小生成物的浓度；
(4)设起始时n(CH3COOH)=1mol，热裂解反应消耗乙酸40%，根据热裂解反应CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)有n(CO)=n(H2)=0.4mol×2=0.8mol，脱酸基反应消耗乙酸20%，根据脱酸基反应CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g)有n(CH4)=n(CO2)=0.2mol，平衡时剩余n(CH3COOH)=1mol0.4mol0.2mol=0.4mol，根据体积分数公式和压强平衡常数表达式分别计算。
(1)已知：反应I的活化能为(E5-E2)kJ，反应I逆反应的活化能为(E5-E3)kJ，反应II的活化能为(E4-E2)kJ，反应II逆反应的活化能为(E4-E1)kJ，E1到E5能量依次增大，根据上述关系，画出图像分析
，根据△H=生成物总能量-反应物总能量可得，△H1=E3-E2，△H2=E1-E2，则△H1+△H2= E3-E2+E1-E2= E3+E1-2E2；
(2)①约650℃之前，脱酸基反应活化能低速率快，反应I的活化能高于反应II，使生成H2的速率低于生成CH4的速率，故氢气产率低于甲烷；
②根据(1)画出的图像分析热裂解反应CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)正向是吸热反应，升高温度有利于反应正向进行，并且平衡进行的程度增大，使H2的生成量增多，而脱酸基反应CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g)正向是放热反应，升高温度，反应会逆向进行，使CH4的生成量减少，所以随着温度升高后，热裂解反应速率加快，同时氢气产率高于甲烷，故选bc；
③反应Ⅰ(热裂解):CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)根据反应I看出，生成CO与H2的比例为1:1，但图像中这两种气体的产率显然非1:1，说明该容器中一定发生了另外的副反应；
(3)①由图上的数据可以知道在一定时间内，反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响；
②A．催化剂无法改变平衡转化率，故A错误；
B．催化剂无法改变平衡转化率，故B错误；
C．反应I为吸热反应，所以升高温度，平衡正向进行，转化率增大，故C正确；
D．增大反应物的浓度，能使平衡正向进行，但不能增大CH3COOH的转化率，故D错误；
答案选C。
(4)设起始时n(CH3COOH)=1mol，热裂解反应消耗乙酸40%，根据热裂解反应CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)有n(CO)=n(H2)=0.4mol×2=0.8mol，脱酸基反应消耗乙酸20%，根据脱酸基反应CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g)有n(CH4)=n(CO2)=0.2mol，剩余n(CH3COOH)=1mol0.4mol0.2mol=0.4mol，所以平衡时乙酸体积分数
×100%=16.7%；平衡时p(CO)=p(H2)=
×p=
，p(CH3COOH)=
×p=
，热裂解反应的平衡常数Kp=
。
