Question

【题目】将甘油(C3H8O3)转化成高附加值产品是当前热点研究方向，甘油和水蒸气经催化重整可制得氢气，反应主要过程如下：

反应Ⅰ： C3H8O3(l)＋3H2O(g)3CO2(g)＋7H2(g) 　　ΔH1

反应Ⅱ： 2C3H8O3(l)＋3O2(g)6CO2(g)＋8H2(g) ΔH2＝a kJ·mol－1

反应Ⅲ： 2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) ΔH3＝b kJ·mol－1

（1）ΔH1＝__________。

（2）酸性条件下，甘油可在纳米TiO2Pt复合膜阳极上转化为甘油醛(C3H6O3)，该电极方程式为________________________________。

（3）硝化甘油(C3H5O9N3)是治疗心绞痛的速效药，也可用作开采矿物的炸药。

①硝化甘油能治疗心绞痛的原理是在人体中释放NO，实验室中也可通过干法制备NO，方程式为3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑。若有1 mol NO生成，则被KNO3氧化的Cr2O3的物质的量为________mol。

②硝化甘油爆炸时会彻底分解为N2、O2、CO2和H2O，反应的化学方程式为__________________________________________。

（4）①反应Ⅰ制备H2时的副产物很多，主要有CH4、C2H4等，生产过程中必须采取措施抑制副产物产生，目的是__________________________________________________________。

②为了有效提高反应Ⅰ氢气的产率，研究人员还采用CaO吸附增强制氢的方法。如图1所示，请分析加入CaO提高氢气产率的原因_________________________________________。

（5）高效的催化剂是这种制氢方法能大规模应用的重要因素。图2为三种不同催化剂在一段时间内与甘油转化率的关系，则Ni/SiC催化剂的优点是________________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】1/2(a－3b)kJ·mol－1 C3H8O3－2e－===C3H6O3＋2H＋ 0.125 4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O 提高氢气的产率或使甘油和水分子中氢原子尽可能转化为氢气 CaO消耗CO2，降低CO2的浓度，促使平衡正向移动，提高H2产率 催化剂效率高，稳定性高或催化剂寿命长

【解析】

(1)根据盖斯定律，对已知的热化学方程式进行相关运算。

(2)甘油（C3H8O3）中碳元素平均价态为-，甘油醛（C3H6O3）中碳元素平均价态为0，阳极发生氧化反应，所以1molC3H8O3失去×3=2mole-，在酸性介质中同时生成H+。

(3)分析方程式3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑中元素化学价的变化知，KNO2和KNO3作氧化剂，Cr2O3作还原剂，3molKNO2得到3mole-，1molKNO3得到3mole-，1molCr2O3被氧化失去6mole-，其中3mole-由KNO3获得，所以每1molKNO3能氧化mol的Cr2O3。另外，每生成4molNO中有1molKNO3参加反应，所以生成1molNO时就有molKNO3参加反应，据此分析。②硝化甘油爆炸时反应物是C3H8O3，生成物为N2、O2、CO2和H2O，再根据化合价升降守恒和元素守恒配平。

(4) ①由反应方程式可知，甘油和水中氢元素全部转化为H2，而副产物CH4、C2H4越多，生成H2的产率越低。②CaO吸收CO2：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)，反应体系中CO2浓度降低，平衡向正反应方向移动，由此分析。

(5)由图2知，使用Ni/Al2O3和Ni/GeO2催化剂时，在反应后期甘油转化率反而降低；而使用Ni/SiC催化剂时甘油转化率较高，且转化率长时间保持稳定值。

(1)根据盖斯定律，对已知3个热化学方程式运算可知，(II－2×I)÷3=III，则有(ΔH2－2ΔH1)÷3=ΔH3，即(a－2ΔH1)÷3=b，解得ΔH1=kJ/mol。

(2)甘油（C3H8O3）中碳元素平均价态为-，甘油醛（C3H6O3）中碳元素平均价态为0，因阳极发生氧化反应，所以1molC3H8O3失去×3=2mole-，在酸性介质中同时生成H+，其电极方程式为C3H8O3－2e－=C3H6O3＋2H＋。

(3)分析方程式3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑中元素化合价的变化知，KNO2和KNO3均作氧化剂，Cr2O3作还原剂，1molCr2O3被氧化时失去6mole-，其中3mole-由KNO3获得，所以每1molKNO3能氧化mol的Cr2O3。另外，每生成4molNO中有1molKNO3参加反应，即生成1molNO时就有molKNO3参加反应，所以若有1molNO生成，则mol KNO3能氧化Cr2O3的物质的量=×mol=0.125mol。

②硝化甘油爆炸时反应物是C3H8O3，生成物为N2、O2、CO2和H2O，再根据化合价升降守恒和元素守恒配平：4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O。

(4) ①由反应I方程式可知，甘油和水中氢元素全部转化为H2，而副产物CH4、C2H4越多，生成H2的产率越低。所以生产过程中采取措施抑制副产物产生的目的是提高氢气的产率或使甘油和水分子中氢原子尽可能转化为氢气。

②由图1知，随CaO加入量增加，CO2物质的量直线下降，是因为CaO吸收CO2：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)，反应体系中CO2浓度降低，平衡向正反应方向移动，H2产率增大。

(5)由图2知，使用Ni/Al2O3和Ni/GeO2催化剂时，在反应后期甘油转化率反而降低；而使用Ni/SiC催化剂时甘油转化率较高，且转化率长时间稳定在较高水平，所以，Ni/SiC催化剂的优点是：催化剂效率高，稳定性高或催化剂寿命长。