Question

【題目】十九大報告提出要對環(huán)境問題進行全面、系統(tǒng)的可持續(xù)治理。綠色能源是實施可持續(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(zhuǎn)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(jīng)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(shù)值）。在該溫度下：要提高CO平衡轉(zhuǎn)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(guān)系是_____________________________________________________________。

③ 比較A、B兩點對應的反應速率大�。�VA______VB（填“＜” “=”或“＞”）。反應速率v=v正－v逆=－，k正、k逆分別為正、逆向反應速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分數(shù)，計算在達到平衡狀態(tài)為D點的反應過程中，當CO轉(zhuǎn)化率剛好達到20%時=__________ （計算結(jié)果保留1位小數(shù)）。

（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(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=+256.1kJ/mol 1 及時移去產(chǎn)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)反應I化學方程式為CH3CH2OH(g)+H2O(g)＝4H2(g)+2CO(g)，因為①CO(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II為CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，由于A、E和G三點對應的反應溫度相同，其平衡常數(shù)KA=KE=KG，可用E點數(shù)值進行計算：圖中E點數(shù)值為(1，0.5)，反應的三段式為：

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

②由圖可知，當CO的轉(zhuǎn)化率相同時，溫度由低到高，對應的進氣比為0.5、1、1.5，則進氣比越高達到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低，即進氣比越大，反應溫度越低或進氣比越小，反應溫度越高，故答案為：進氣比越大，反應溫度越低(或進氣比越小，反應溫度越高)；

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol，反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向進行，CO轉(zhuǎn)化率減小，則B點溫度高，反應速率快，即VA＜VB；D點數(shù)值為(1，0.6)，反應三段式為：

D 點溫度下的平衡常數(shù)K===2.25，反應達到平衡時v正=v逆，即k正xCO·xH2O=k逆xCO2·xH2，所以===K=2.25，在達到平衡狀態(tài)為D點的反應過程中，當CO轉(zhuǎn)化率剛好達到20%時，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，故電極反應方程式14CO2+12e-+9H2O＝CH3CH2OH+12HCO3-，故答案為：14CO2+12e-+9H2O＝CH3CH2OH+12HCO3-。