Question

氢能是一种高效清洁、极具发展潜力的能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。

已知下列反应：

反应I：CH₃CH₂OH(g)+H₂O(g) 2CO(g)+4H₂(g)       △H₁

反应Ⅱ：CO(g)+ H₂O(g) CO₂(g)+ H₂(g)            △H₂

反应Ⅲ：2 CO₂(g)+ 6H₂(g) CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g)  △H₃

反应Ⅳ：6H₂(g)+2CO₂(g) CH₂=CH₂(g)+4H₂O(g)      △H₄

（1）反应I和反应II的平衡常数随温度变化曲线如图所示。则△H₁ _________△H₂（填“>”、“<”或“=”）；△H₃=_________（用△H₁、△H₂表示）。

（2）向2L密闭容器中充入H₂和CO₂共6mol，改变氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]在不同温度下发生反应III达到平衡状态，测得的实验数据如下表。分析表中数据回答下列问题：

①温度升高，K值__________（填“增大”、“减小”、或“不变”）。

②提高氢碳比，K值____（填“增大”、“减小”、或“不变”），对生成乙醇______（填“有利”或“不利”）。

③在700K、 氢碳比为1.5，若5min反应达到平衡状态，则0～5min用H₂表示的速率为__________。

（3）反应III在经CO₂饱和处理的KHCO₃电解液中，电解活化CO₂制备乙醇的原理如图所示。

①阴极的电极反应式为________。

②从电解后溶液中分离出乙醇的操作方法为________。

（4）在一定条件下发生反应Ⅳ，测得不同温度对CO₂的平衡转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法正确的为________（填序号）。

①不同条件下反应，N点的速率最大

②M点平衡常数比N点平衡常数大

③温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大

④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO₂的平衡转化率。

Answer

> -(2△H2 + △H1) 减小 不变 有利 0.144mol·L-1·min-1 14CO2 + 12e- + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3- 蒸馏 ②

【解析】试题分析：由反应I CH3CH2OH(g)+H2O(g) 2CO(g)+4H2(g) △H1；反应Ⅱ CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g) △H2；反应Ⅲ 2 CO2(g)+ 6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) △H3；反应Ⅳ 6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H4可知，根据盖斯定律，由(Ⅱ+Ⅰ)可得反应Ⅲ，所以，H3=-(2△H2 + △H1)。

（1）由反应I和反应II的平衡常数随温度变化曲线可知，反应I的平衡常数随温度升高而增大，反应II的平衡常数随温度升高而减小，所以，△H1＞0，△H2＜0，△H1 ＞△H2；△H3=-(2△H2 + △H1)。

（2）试题分析：由表中数据可知，在氢碳比一定的条件下，CO2的平衡转化率随温度升高而减小，故该反应是放热反应，其平衡常数随温度升高而减小，平衡常数只与温度有关，温度不变则其值不变。在温度相同的条件下，CO2的平衡转化率随氢碳比的增大而增大。①温度升高，K值减小。②提高氢碳比，K值不变，对生成乙醇有利。

③由表中数据可知，在700K、 氢碳比为1.5，即起始投入3.6molH2和2.4mol CO2，CO2的平衡转化率为20%，则CO2的变化量为0.48mol，H2的变化量为1.44mol，若5min反应达到平衡状态，则0～5min用H2表示的速率为0.144mol·L-1·min-1。

（3）由CO2制备乙醇的反应是一个还原反应，故该反应在阴极上发生。①阴极的电极反应式为14CO2 + 12e- + 9H2O = CH3CH2OH + 12HCO3-。

②电解后溶液中含有碳酸氢钠和乙醇，可以根据各组分的沸点相差较大分离出乙醇，故从其中分离出乙醇的操作方法为蒸馏。

（4）由图可知：①不同条件下反应，M点催化效率最高，故M点的速率最大；②CO2的平衡转化率随温度升高而减小，故M点平衡常数比N点平衡常数大；③温度低于250℃时，CO2的平衡转化率随温度升高而减小，故随温度升高乙烯的产率减小；④实际反应应在250℃左右进行，在此温度下催化剂的催化效率离高、化学反应速率最快、CO2的平衡转化率较高，故生产效率较高。综上所述，有关说法正确的为②。