Question

【題目】氫能是一種高效清潔、極具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉�。利用生物質(zhì)發(fā)酵得到的乙醇制取氫氣，具有良好的應(yīng)用前景。

已知下列反應(yīng)：

(1)反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)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(fā)生反應(yīng)III達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。分析表中數(shù)據(jù)回答下列問(wèn)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(duì)生成乙醇________ (填“有利”或“不利”)

③在700K、氫碳比為1.5，若5min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0~5min用H2表示的速率為________。

(3)反應(yīng)III在經(jīng)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(yīng)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(fā)生反應(yīng)Ⅳ，測(cè)得不同溫度對(duì)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法正確的為________ (填序號(hào))

①不同條件下反應(yīng)，N點(diǎn)的速率最大

②M點(diǎn)平衡常數(shù)比N點(diǎn)平衡常數(shù)大

③溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率增大

④實(shí)際反應(yīng)應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行，以提高CO2的平衡轉(zhuǎn)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】（1）由K-T圖可知，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)增大，說(shuō)明升高溫度，平衡向正向移動(dòng)，因此反應(yīng)Ⅰ為正向吸熱的反應(yīng)，即△H1>0，同理反應(yīng)Ⅱ平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升溫平衡逆向移動(dòng)，為放熱反應(yīng)，△H2<0，故△H1>△H2。根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅲ等于反應(yīng)Ⅰ的逆反應(yīng)加上反應(yīng)Ⅱ的逆反應(yīng)的2倍，故得出△H3=-(2△H2 + △H1)。

（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，n（H2）/n（CO2）一定情況下，溫度越高，CO2轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以平衡常數(shù)k減�。还蚀鸢笧椋簻p�。虎谄胶獬�數(shù)只與溫度有關(guān)，提高氫碳比[n（H2）/n（CO2）]，但溫度不變，所以平衡常數(shù)K值將不變，但是增加氫氣的量有利于平衡正向移動(dòng)，有利于生成乙醇，故答案為：不變；有利；

（3）①陰極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，元素化合價(jià)降低，CO2中碳元素為+4價(jià)，乙醇中碳元素平均化合價(jià)為-2價(jià)，為了維持電荷守恒，生成物還有HCO3-，HCO3-中的氫元素可從H2O中獲得，則陰極的電極反應(yīng)式為：14CO2 + 12e- + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3-；②與水溶液相比，乙醇易揮發(fā)，沸點(diǎn)較低，可采用蒸餾的方法從電解液中分離出乙醇。

（4）①化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故①不正確；②升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動(dòng)，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故②正確；③溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高平衡逆向進(jìn)行乙烯的產(chǎn)率減小，故③不正確；④為提高CO2的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，平衡正向進(jìn)行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，故④不正確；故答案為：②。