Question

【題目】為倡導“節能減排”和“低碳經濟”，目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料乙醇。一定條件下發生反應：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。

（1）在一定條件下，在20 L密閉容器中按物質的量比為1∶3充入CO2和H2，溫度在450 K，n(H2)隨時間變化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8	6	5	5

在450 ℃、0～1 min，v(CH3CH2OH)＝________；此溫度下該反應的化學平衡常數為________(結果保留三位有效數字)。

（2）在5 MPa下測得平衡體系中各物質的體積分數隨溫度的變化曲線如圖所示：

曲線乙表示的是 ________(填物質的化學式)的體積分數，圖像中A點對應的體積分數b＝________%(結果保留三位有效數字)。

（3）下列措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是________。

A．升高溫度

B．將CH3CH2OH(g)及時液化抽出

C．選擇高效催化劑

D．再充入l mol CO2和3 mol H2

（4）25 ℃、1.01×105Pa時，9.2 g液態乙醇完全燃燒，當恢復到原狀態時，放出273.4 kJ的熱量，寫出表示乙醇燃燒的熱化學方程式：________________________。

（5）以石墨為電極，氫氧化鈉、乙醇、水、氧氣為原料，可以制成乙醇的燃料電池，寫出發生還原反應的電極反應式：_____________________________________。

Answer 1

【答案】 0.016 7 mol·L－1·min－1 6.75 CO2 18.8 BD CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 367 kJ·mol－1 O2＋2H2O＋4e－===4OH－

【解析】（1）由表中數據可知，0～1 min內，Δn(H2)＝8 mol－6 mol＝2 mol，則消耗氫氣的濃度是2mol÷20L＝0.1mol/L，所以v(H2)＝0.1mol/L÷1min＝0.1 mol·L－1·min－1，由速率之比等于計量系數之比可知：v(H2)∶v(CH3CH2OH)＝6∶1，則v(CH3CH2OH)＝0.1 mol·L－1·min－1×1/6＝0.016 7 mol·L－1·min－1；由表中數據可知，H2起始投入量為8 mol，在20 L密閉容器中，CO2和H2的投料比為1∶3，則CO2起始投入量為，3 min后反應達平衡，則：

2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)

起始濃度（mol/L） 0.13 0.4 0 0

轉化濃度（mol/L） 0.05 0.15 0.025 0.075

平衡濃度（mol/L） 0.08 0.25 0.025 0.075

則平衡常數K＝≈6.75。

（2）該反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡時CO2與H2的含量增大，CH3CH2OH與H2O的含量降低，可知甲、乙為反應物，平衡逆向移動過程中，H2和CO2按比例(3∶1)增加，甲的含量高于乙，可知曲線乙表示的是CO2；丙、丁為生成物，反應開始時H2與CO2按3∶1的量進行投料，故生成乙醇與水的物質的量比為1∶3，即水的含量是乙醇含量的3倍，可知曲線丙、丁分別表示的是H2O、CH3CH2OH；A點為曲線乙和丙的交點，說明平衡時CO2、H2O的體積分數相同，可知兩者體積也相同，設CO2、H2O的體積都是V，根據投料比有：V(H2)＝3V(CO2)＝3V，且V(CH3CH2OH)＝1/3V(H2O)＝V/3，故V總＝V＋V＋3V＋V/3＝16V/3，所以A點對應的體積分數為×100%≈18.8%。（3）A、放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，A錯誤；B、移去CH3CH2OH，生成物濃度減小，平衡正向移動，B正確；C、催化劑只能改變反應的速率，對平衡移動無影響，C錯誤；D、恒容容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2，相當于增大壓強，平衡正向移動，D正確。答案選BD；（4）25 ℃、1.01×105 Pa時，9.2 g液態乙醇物質的量為0.2 mol，完全燃燒，當恢復到原狀態時，放出273.4 kJ的熱量，則1 mol乙醇完全燃燒恢復到原狀態時，放出的熱量為273.4 kJ×5＝1367 kJ，故該反應的熱化學方程式為CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1367 kJ·mol－1。（5）乙醇的燃料電池中，燃料乙醇為負極，發生失電子的氧化反應，氧氣是正極，發生得電子的還原反應，在堿性環境下，氧氣的放電情況為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。