Question

【題目】十九大報(bào)告提出要對(duì)環(huán)境問題進(jìn)行全面、系統(tǒng)的可持續(xù)治理。綠色能源是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，利用生物乙醇來制取綠色能源氫氣的部分反應(yīng)過程如下圖所示：

（1）已知：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol

CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g) △H2=+174.1 kJ/mol

請(qǐng)寫出反應(yīng)I的熱化學(xué)方程式_____________________________。

（2）反應(yīng)II，在進(jìn)氣比[n(CO) : n(H2O)]不同時(shí)，測(cè)得相應(yīng)的CO平衡轉(zhuǎn)化率見下圖

（各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度可能相同，也可能不同；各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的其他反應(yīng)條件都相同）。

① 經(jīng)分析，A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，其原因是KA=KE=KG=________（填數(shù)值）。在該溫度下：要提高CO平衡轉(zhuǎn)化率，除了改變進(jìn)氣比之外，還可采取的措施是________。

② 對(duì)比分析B、E、F三點(diǎn)，可得出對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣比和反應(yīng)溫度的變化趨勢(shì)之間的關(guān)系是_____________________________________________________________。

③ 比較A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率大小：VA______VB（填“＜” “=”或“＞”）。反應(yīng)速率v=v正－v逆=－，k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計(jì)算在達(dá)到平衡狀態(tài)為D點(diǎn)的反應(yīng)過程中，當(dāng)CO轉(zhuǎn)化率剛好達(dá)到20%時(shí)=__________ （計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）。

（3）反應(yīng)III，利用碳酸鉀溶液吸收CO2得到飽和的KHCO3電解液，電解活化的CO2來制備乙醇。

①已知碳酸的電離常數(shù)Ka1=10-a，Ka2=10-b，吸收足量CO2所得飽和KHCO3溶液的pH=c，則該溶液中lg=____________________________________（列出計(jì)算式）。

②在飽和KHCO3電解液中電解CO2來制備乙醇的原理如圖所示。則陰極的電極反應(yīng)式是_____________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】CH3CH2OH(g)+H2O(g)＝4H2(g)+2CO(g) △H=+256.1kJ/mol 1 及時(shí)移去產(chǎn)物 進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低(或進(jìn)氣比越小，反應(yīng)溫度越高) ＜ 36.0 c-a 14CO2+12e-+9H2O＝CH3CH2OH+12HCO3-

【解析】

(1)反應(yīng)I化學(xué)方程式為CH3CH2OH(g)+H2O(g)＝4H2(g)+2CO(g)，因?yàn)棰?/span>CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol，②CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g)△H2=+174.1kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將②-①×2得：CH3CH2OH(g)+H2O(g)＝4H2(g)+2CO(g) △H=+174.1kJ/mol－(-41kJ/mol)×2=+256.1kJ/mol，即熱化學(xué)方程式為CH3CH2OH(g)+H2O(g)＝4H2(g)+2CO(g) △H=+256.1kJ/mol，故答案為：CH3CH2OH(g)+H2O(g)＝4H2(g)+2CO(g) △H=+256.1kJ/mol；

(2)①反應(yīng)II為CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，由于A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，其平衡常數(shù)KA=KE=KG，可用E點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算：圖中E點(diǎn)數(shù)值為(1，0.5)，反應(yīng)的三段式為：

平衡常數(shù)K===1；CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41kJmol-1，即正向?yàn)闅怏w體積不變的放熱反應(yīng)，所以恒溫條件下，增大H2O(g)的濃度或及時(shí)分離出CO2等產(chǎn)物均可提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，故答案為：1；及時(shí)移去產(chǎn)物；

②由圖可知，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，溫度由低到高，對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣比為0.5、1、1.5，則進(jìn)氣比越高達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低，即進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低或進(jìn)氣比越小，反應(yīng)溫度越高，故答案為：進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低(或進(jìn)氣比越小，反應(yīng)溫度越高)；

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，CO轉(zhuǎn)化率減小，則B點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，即VA＜VB；D點(diǎn)數(shù)值為(1，0.6)，反應(yīng)三段式為：

D 點(diǎn)溫度下的平衡常數(shù)K===2.25，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)v正=v逆，即k正xCO·xH2O=k逆xCO2·xH2，所以===K=2.25，在達(dá)到平衡狀態(tài)為D點(diǎn)的反應(yīng)過程中，當(dāng)CO轉(zhuǎn)化率剛好達(dá)到20%時(shí)，三段式：

xCO=xH2O==0.4，xCO2=xH2=0.1，所以則==K×=2.25×=36.0，故答案為：＜；36.0；

(3)①pH=c時(shí)c(H+)=10-cmol/L，KHCO3以水解為主，HCO3-+H2OH2CO3+OH-，平衡常數(shù)K==，則=×c(OH-)===10c-a，所以lg=lg10c-a=c-a，故答案為：c-a；

②陰極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式14CO2+12e-+9H2O＝CH3CH2OH+12HCO3-，故答案為：14CO2+12e-+9H2O＝CH3CH2OH+12HCO3-。