Question

【題目】(一)乙醇是一種重要的化工原料，也常用于生產乙醇汽油，解決燃油替代問題。最新以生物質為原料合成乙醇的方案設計中，化學家提出了用H2還原乙酸的方法來提高乙醇的產率和品質。

(1)用H2還原乙酸獲得乙醇的反應為 CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH。該反應在一定條件下能自發進行，則ΔH__________(填“<”或“>”)0。

(2)已知該工藝中存在副反應：CH3COOH(g)+H2(g)CO(g)+CH4(g)+H2O(g) ΔH＞0。下列措施不能提高乙醇產率的是_____________。

A.升高溫度 B.增大壓強

C.選擇合適催化劑 D.增大

(3)下列描述能說明反應CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)已達化學平衡的是________。

A.氫氣、乙酸、乙醇的濃度相同 B.2v(H2)正=v(CH3CH2OH)逆

C.生成1 mol CH3COOH的同時生成1 mol H2O D.體系中乙醇的百分含量保持不變

(4)在=2的條件下投料，某研究小組進行了在相同壓強下在相同時間內乙醇的產率隨溫度變化的測定實驗。在圖中畫出乙醇的產率隨溫度變化的示意圖__________。

(二)NO2是大氣污染的主要污染物之一；硝酸鹽是水體污染的污染物之一。電化學降解NO3-的原理如圖所示，陰極電極反應式為___________________________。

Answer 1

【答案】< AC CD 2NO3-+12H＋+10e-=N2↑+6H2O

【解析】

(一)(1)利用反應自發進行時，△G=△H-T△S<0，利用△S<0，進行判斷；

(2)從外界條件對可逆反應的平衡移動原理方向分析，若改變條件使CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)正向移動，則乙醇產率增大，反之產率降低；

(3)可逆反應達到平衡狀態時，任何物質的濃度不變，任何物質的含量不變，用同一物質表示的正反應、逆反應的速率保持不變；

(4)根據在反應達到平衡前，升高溫度，化學反應速率加快，更多的反應物變為生成物；當反應達到平衡后，升高溫度化學平衡向吸熱的反應方向移動分析乙醇的產率然后畫出其相應的圖象。

(二)根據圖象知，NO3-得電子發生還原反應生成N2，則Ag-Pt作陰極，Pt電極為陽極，a為正極，b為負極，以此解答。

(1)反應CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH在一定條件下能自發進行，由于△G=△H-T△S<0，△S<0，則ΔH<0。

(2)A.由于CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，使乙醇產率降低，且反應逆向移動，而該反應的副反應：CH3COOH(g)+H2(g)CO(g)+CH4(g)+H2O(g) ΔH>0的正反應是吸熱反應，溫度升高，更多的反應物反應生成CO、CH4等，最終導致乙醇產率降低，A符合題意；

B.增大壓強副反應的平衡逆向移動，主反應向正反應方向移動，最終使乙醇產率增大，B不符合題意；

C.選擇合適催化劑，不能使化學平衡發生移動，乙醇的轉化率不變，C符合題意；

D.增大，主反應向正反應方向移動，更多的乙酸變為乙醇，乙醇的產率增大，D不符合題意；

故合理選項是AC；

(3) A.可逆反應達到平衡時氫氣、乙酸、乙醇的濃度可能相同，也可能不相同，這取決于開始時加入的乙酸、氫氣的物質的量的比及轉化率，A錯誤；

B.任何條件下，v(H2)正=2v(CH3CH2OH)正，若2v(H2)正=v(CH3CH2OH)逆，4v(CH3CH2OH)正= v(CH3CH2OH)逆，同一物質表示的正反應、逆反應的速率不相等，反應達到平衡，B錯誤；

C.生成1 mol CH3COOH就會消耗1molH2O，同時生成1molH2O，說明水的濃度不變，任何物質的濃度不變，反應達到平衡，C正確；

D.若反應達到平衡，任何物質的物質的量不變，則物質的量濃度不變，混合物形成的體系中乙醇的百分含量保持不變，反應達到平衡，D正確；

故合理選項是CD；

(4)在氫氣與乙酸混合比例不變時，升高溫度，反應物分子能量增加，反應速率加快，更多的反應物轉化為乙醇，乙醇的產率隨溫度的升高而增大；當在某溫度下達到平衡時，乙醇轉化率達到最大值，后隨著溫度的升高，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，使乙醇的產率降低，所以乙醇的產率與溫度的變化曲線關系為：。

(二)由圖示知在Ag-Pt電極上NO3-發生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則b為負極，a為電源正極，在陰極反應是NO3-得電子發生還原反應生成N2，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應且有水生成，所以陰極上發生的電極反應式為：2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O。