Question

【題目】將甘油(C3H8O3)轉化成高附加值產品是當前熱點研究方向，甘油和水蒸氣經催化重整可制得氫氣，反應主要過程如下：

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

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

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

（1）ΔH1＝__________。

（2）酸性條件下，甘油可在納米TiO2Pt復合膜陽極上轉化為甘油醛(C3H6O3)，該電極方程式為________________________________。

（3）硝化甘油(C3H5O9N3)是治療心絞痛的速效藥，也可用作開采礦物的炸藥。

①硝化甘油能治療心絞痛的原理是在人體中釋放NO，實驗室中也可通過干法制備NO，方程式為3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑。若有1 mol NO生成，則被KNO3氧化的Cr2O3的物質的量為________mol。

②硝化甘油爆炸時會徹底分解為N2、O2、CO2和H2O，反應的化學方程式為__________________________________________。

（4）①反應Ⅰ制備H2時的副產物很多，主要有CH4、C2H4等，生產過程中必須采取措施抑制副產物產生，目的是__________________________________________________________。

②為了有效提高反應Ⅰ氫氣的產率，研究人員還采用CaO吸附增強制氫的方法。如圖1所示，請分析加入CaO提高氫氣產率的原因_________________________________________。

（5）高效的催化劑是這種制氫方法能大規模應用的重要因素。圖2為三種不同催化劑在一段時間內與甘油轉化率的關系，則Ni/SiC催化劑的優點是________________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】1/2(a－3b)kJ·mol－1 C3H8O3－2e－===C3H6O3＋2H＋ 0.125 4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O 提高氫氣的產率或使甘油和水分子中氫原子盡可能轉化為氫氣 CaO消耗CO2，降低CO2的濃度，促使平衡正向移動，提高H2產率 催化劑效率高，穩定性高或催化劑壽命長

【解析】

(1)根據蓋斯定律，對已知的熱化學方程式進行相關運算。

(2)甘油（C3H8O3）中碳元素平均價態為-，甘油醛（C3H6O3）中碳元素平均價態為0，陽極發生氧化反應，所以1molC3H8O3失去×3=2mole-，在酸性介質中同時生成H+。

(3)分析方程式3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑中元素化學價的變化知，KNO2和KNO3作氧化劑，Cr2O3作還原劑，3molKNO2得到3mole-，1molKNO3得到3mole-，1molCr2O3被氧化失去6mole-，其中3mole-由KNO3獲得，所以每1molKNO3能氧化mol的Cr2O3。另外，每生成4molNO中有1molKNO3參加反應，所以生成1molNO時就有molKNO3參加反應，據此分析。②硝化甘油爆炸時反應物是C3H8O3，生成物為N2、O2、CO2和H2O，再根據化合價升降守恒和元素守恒配平。

(4) ①由反應方程式可知，甘油和水中氫元素全部轉化為H2，而副產物CH4、C2H4越多，生成H2的產率越低。②CaO吸收CO2：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)，反應體系中CO2濃度降低，平衡向正反應方向移動，由此分析。

(5)由圖2知，使用Ni/Al2O3和Ni/GeO2催化劑時，在反應后期甘油轉化率反而降低；而使用Ni/SiC催化劑時甘油轉化率較高，且轉化率長時間保持穩定值。

(1)根據蓋斯定律，對已知3個熱化學方程式運算可知，(II－2×I)÷3=III，則有(ΔH2－2ΔH1)÷3=ΔH3，即(a－2ΔH1)÷3=b，解得ΔH1=kJ/mol。

(2)甘油（C3H8O3）中碳元素平均價態為-，甘油醛（C3H6O3）中碳元素平均價態為0，因陽極發生氧化反應，所以1molC3H8O3失去×3=2mole-，在酸性介質中同時生成H+，其電極方程式為C3H8O3－2e－=C3H6O3＋2H＋。

(3)分析方程式3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑中元素化合價的變化知，KNO2和KNO3均作氧化劑，Cr2O3作還原劑，1molCr2O3被氧化時失去6mole-，其中3mole-由KNO3獲得，所以每1molKNO3能氧化mol的Cr2O3。另外，每生成4molNO中有1molKNO3參加反應，即生成1molNO時就有molKNO3參加反應，所以若有1molNO生成，則mol KNO3能氧化Cr2O3的物質的量=×mol=0.125mol。

②硝化甘油爆炸時反應物是C3H8O3，生成物為N2、O2、CO2和H2O，再根據化合價升降守恒和元素守恒配平：4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O。

(4) ①由反應I方程式可知，甘油和水中氫元素全部轉化為H2，而副產物CH4、C2H4越多，生成H2的產率越低。所以生產過程中采取措施抑制副產物產生的目的是提高氫氣的產率或使甘油和水分子中氫原子盡可能轉化為氫氣。

②由圖1知，隨CaO加入量增加，CO2物質的量直線下降，是因為CaO吸收CO2：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)，反應體系中CO2濃度降低，平衡向正反應方向移動，H2產率增大。

(5)由圖2知，使用Ni/Al2O3和Ni/GeO2催化劑時，在反應后期甘油轉化率反而降低；而使用Ni/SiC催化劑時甘油轉化率較高，且轉化率長時間穩定在較高水平，所以，Ni/SiC催化劑的優點是：催化劑效率高，穩定性高或催化劑壽命長。