Question

【題目】氫能是一種高效清潔、極具發展潛力的能源。利用生物質發酵得到的乙醇制取氫氣，具有良好的應用前景。

已知下列反應：

反應I：CH3CH2OH(g)+H2O(g) 2CO(g)+4H2(g) △H1

反應Ⅱ：CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g) △H2

反應Ⅲ：2 CO2(g)+ 6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) △H3

反應Ⅳ：6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H4

（1）反應I和反應II的平衡常數隨溫度變化曲線如圖所示。則△H1 _________△H2（填“>”、“<”或“=”）；△H3=_________（用△H1、△H2表示）。

（2）向2L密閉容器中充入H2和CO2共6mol，改變氫碳比[n（H2）/n（CO2）]在不同溫度下發生反應III達到平衡狀態，測得的實驗數據如下表。分析表中數據回答下列問題：

①溫度升高，K值__________（填“增大”、“減小”、或“不變”）。

②提高氫碳比，K值____（填“增大”、“減小”、或“不變”），對生成乙醇______（填“有利”或“不利”）。

③在700K、 氫碳比為1.5，若5min反應達到平衡狀態，則0～5min用H2表示的速率為__________。

（3）反應III在經CO2飽和處理的KHCO3電解液中，電解活化CO2制備乙醇的原理如圖所示。

①陰極的電極反應式為________。

②從電解后溶液中分離出乙醇的操作方法為________。

（4）在一定條件下發生反應Ⅳ，測得不同溫度對CO2的平衡轉化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關說法正確的為________（填序號）。

①不同條件下反應，N點的速率最大

②M點平衡常數比N點平衡常數大

③溫度低于250℃時，隨溫度升高乙烯的產率增大

④實際反應應盡可能在較低的溫度下進行，以提高CO2的平衡轉化率。

Answer 1

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

【解析】試題分析：由反應I　CH3CH2OH(g)+H2O(g) 2CO(g)+4H2(g) △H1；反應Ⅱ　CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g) △H2；反應Ⅲ　2 CO2(g)+ 6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) △H3；反應Ⅳ　6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H4可知，根據蓋斯定律，由(Ⅱ+Ⅰ)可得反應Ⅲ，所以，H3=-(2△H2 + △H1)。

（1）由反應I和反應II的平衡常數隨溫度變化曲線可知，反應I的平衡常數隨溫度升高而增大，反應II的平衡常數隨溫度升高而減小，所以，△H1＞0，△H2＜0，△H1 ＞△H2；△H3=-(2△H2 + △H1)。

（2）試題分析：由表中數據可知，在氫碳比一定的條件下，CO2的平衡轉化率隨溫度升高而減小，故該反應是放熱反應，其平衡常數隨溫度升高而減小，平衡常數只與溫度有關，溫度不變則其值不變。在溫度相同的條件下，CO2的平衡轉化率隨氫碳比的增大而增大。①溫度升高，K值減小。②提高氫碳比，K值不變，對生成乙醇有利。

③由表中數據可知，在700K、 氫碳比為1.5，即起始投入3.6molH2和2.4mol CO2，CO2的平衡轉化率為20%，則CO2的變化量為0.48mol，H2的變化量為1.44mol，若5min反應達到平衡狀態，則0～5min用H2表示的速率為0.144mol·L-1·min-1。

（3）由CO2制備乙醇的反應是一個還原反應，故該反應在陰極上發生。①陰極的電極反應式為14CO2 + 12e- + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3-。

②電解后溶液中含有碳酸氫鈉和乙醇，可以根據各組分的沸點相差較大分離出乙醇，故從其中分離出乙醇的操作方法為蒸餾。

（4）由圖可知：①不同條件下反應，M點催化效率最高，故M點的速率最大；②CO2的平衡轉化率隨溫度升高而減小，故M點平衡常數比N點平衡常數大；③溫度低于250℃時，CO2的平衡轉化率隨溫度升高而減小，故隨溫度升高乙烯的產率減��；④實際反應應在250℃左右進行，在此溫度下催化劑的催化效率離高、化學反應速率最快、CO2的平衡轉化率較高，故生產效率較高。綜上所述，有關說法正確的為②。