Question

【題目】十九大報告提出要對環境問題進行全面、系統的可持續治理。綠色能源是實施可持續發展的重要途徑，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

請寫出反應I的熱化學方程式__________________________________________________________。

（2）反應II，在進氣比[n(CO) : n(H2O)]不同時，測得相應的CO平衡轉化率見下圖（各點對應的反應溫度可能相同，也可能不同；各點對應的其他反應條件都相同）。

①經分析，A、E和G三點對應的反應溫度相同，其原因是KA=KE=KG=__________（填數值）。在該溫度下：要提高CO平衡轉化率，除了改變進氣比之外，還可采取的措施是_____

②對比分析B、E、F三點，可得出對應的進氣比和反應溫度的變化趨勢之間的關系是________

③比較A、B兩點對應的反應速率大小：VA________VB（填“<” “=”或“>”）。反應速率v=v正v逆= K正X(CO)X(H2O) –K逆X( CO2)X(H2)，K正、K逆分別為反應速率常數，X為物質的量分數，計算在達到平衡狀態為D點的反應過程中，當CO轉化率剛好達到20%時

=__________ （計算結果保留1位小數）。

（3）反應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 =________（列出計算式）。

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

Answer 1

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

【解析】

（1）結合圖1和已知的兩個熱化學方程式方程式，確定反應I的熱化學方程式；

（2）①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)該反應是反應前后氣體分子數不變的反應，E點時n(CO)：n(H2O)=1，CO平衡轉化率為50%，假設開始時CO、H2O的物質的量均為xmol，計算平衡時n(CO)、n(H2O)、n(CO2)、n(H2)然后進行相關計算；

②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol 該反應是放熱反應，當其他條件不變時，溫度越高轉化率越低；

③A、E和G三點對應的反應溫度相同，B的溫度比E的溫度高，投料比相同時，溫度越高反應速率越快；先計算出D點平衡時K正、K逆的關系，然后計算出反應過程中當CO的轉化率為20%，然后計算出CO、H2O、CO2、H2的物質的量分數；

（3）①已知碳酸的電離常數Ka1=10-a，Ka2=10-b，吸收足量CO2所得飽和KHCO3溶液的pH=c，c(H+)=1.0×10-cmol/L， =；

②電解時，陰極發生還原反應，CO2得電子轉化為CH3CH2OH。

（1）①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol ②CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) △H2=+174.1 kJ/mol，根據蓋斯定律可知：由①×2+②得CH3CH2OH(g)+H2O(g)4H2(g)+2CO(g) △H= +256.1 kJ/mol ；

（2）①A、E和G三點對應的反應溫度相同，平衡常數相同，E點時n(CO)：n(H2O)=1，CO平衡轉化率為50%，假設開始時CO、H2O的物質的量均為xmol，平衡后n(CO)=n(H2O)=n(CO2)=n(H2)=0.5mol，同一容器中，所以平衡后c(CO)=c(H2O)=c(CO2)=c(H2)，KE==1，故KA=KE=KG=1；在該溫度下：要提高CO平衡轉化率，在CO的物質的量不變的情況下，繼續通入過量的H2或減小生成物的濃度，即及時移去生成物；

②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol，B、E、F三點，n(CO)：n(H2O)的比值逐漸增大，但是它們的轉化率不變，說明它們的溫度越低，即進氣比越大，反應溫度越低；

③因為A、E和G三點對應的反應度相同，由②可知B的溫度比E的溫度高，投料比相同時，溫度越高反應速率越快，故VA< VB；D點的時，n(CO)：n(H2O)=1，假設開始時CO、H2O的物質的量均為ymol，反應過程中當CO的轉化率為20%，n(CO)=n(H2O)=0.8ymol，n(CO2)=n(H2)=0.2ymol，X(CO)=X(H2O)= =40%，X(CO2)=X(H2)= =10%；D點的時，CO平衡轉化率為50%，故平衡時n平(CO)=n平(H2O)=0.4ymol，n平(CO2)=n平(H2)=0.6ymol，X平(CO)=X平(H2O)= =20%，X平(CO2)=X平(H2)= = 30%，平衡時v正=v逆，即K正X(CO)X(H2O)=K逆X( CO2)X(H2)，故 = =，故在達到平衡狀態為D點的反應過程中，當CO轉化率剛好達到20%時， = = =36.0；

（3）①已知碳酸的電離常數Ka1=10-a，Ka2=10-b，吸收足量CO2所得飽和KHCO3溶液的pH=c，c(H+)=1.0×10-cmol/L，==c-a；

②電解時，陰極發生還原反應，CO2得電子轉化為CH3CH2OH，陰極電極反應式為14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3-。