Question

【題目】氫能源是公認(rèn)的零碳消潔能源，用乙醇為原料可通過多種方法制氫，具有理想的應(yīng)用前景。回答下列問題：

（一）乙醇催化重整制氫

原理：C2H5OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g)△H1

以Ni/凹凸棒石做催化劑，在2L剛性容器中，分別以水醇比為2:1、4:1、6:1、8:1投料（乙醇的起始物質(zhì)的量相同），反應(yīng)相同時間測得乙醇轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系如圖所示。

已知：過多的水分子會占據(jù)催化劑表面活性位，導(dǎo)致反應(yīng)速率降低：上圖中水醇比為2:1時，各點均已達到平衡狀態(tài)。

(1)反應(yīng)熱△H1________0(填“＞”或“<”)。若乙醇的起始物質(zhì)的量為n0mol，則K(400℃)=______________（列出計算式）。

(2)400℃時，水醇比過高不利于乙醇轉(zhuǎn)化的原因是____________________________；B、C、D三點中，一定未達到平衡狀態(tài)的是______________（填標(biāo)號）。

（二）乙醇氧化制氫

原理：C2H5OH(g)+O2(g)2CO2(g)+3H2(g) △H2

(3)已知H2(g)+O2(g)H2O(g) △H3，則△H2=_____(用含△H1和△H3的式子表示)。在密閉容器中通入一定量的乙醇和氧氣，達到平衡狀態(tài)后增大容器體積，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量將_________（填“增大”“減小”或“不變”)。

（三）乙醇電解法制氫

乙醇電解法不僅可以利用乙醇本身的氫，還可以從水中獲得氫，且電解乙醇所需電壓比電解水的理論電壓要低很多。

(4)利用如圖所示裝過(MEA為復(fù)雜的膜電極）電解乙醇制氫，陽極的電極反式應(yīng)為___________，理論上每轉(zhuǎn)移lmol電子，可以產(chǎn)生________L氫氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。

Answer 1

【答案】> mol4L-4 過多的水分子會占據(jù)催化劑表面活性位，導(dǎo)致反應(yīng)速率降低，則相同時間內(nèi)乙醇轉(zhuǎn)化率降低（合理即可） B △H2= △H1 +3△H3 減小 C2H5OH+3H2O-12e- = 12 H+ +2 CO2 11.2

【解析】

(1)上圖中水醇比為2:1時，隨著溫度升高，乙醇的轉(zhuǎn)化率增大，說明升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，說明正反應(yīng)方向為吸熱，故△H1＞0；

400℃時，乙醇轉(zhuǎn)化率為20%，根據(jù)三等式，則

容器的體積為2L，則平衡常數(shù)mol4L-4；

(2)根據(jù)題干信息分析知，水醇比過高不利于乙醇轉(zhuǎn)化的原因是過多的水分子會占據(jù)催化劑表面活性位，導(dǎo)致反應(yīng)速率降低；B、C、D三點中，B點水醇比最高，反應(yīng)最慢，且轉(zhuǎn)化率最低，但根據(jù)平衡移動原理，水醇比越高，即加水越多，達到平衡時，乙醇的轉(zhuǎn)化率應(yīng)該越大，現(xiàn)在B的轉(zhuǎn)化率在三點中最低，說明B點一定未達到平衡狀態(tài)；

(3)已知：iC2H5OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g) △H1

iiC2H5OH(g)+O2(g)2CO2(g)+3H2(g) △H2

iiiH2(g)+O2(g)H2O(g) △H3根據(jù)蓋斯定律知反應(yīng)ii=i+3iii，則△H2=△H1+3△H3；該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，達到平衡狀態(tài)后增大容器體積，壓強減小，平衡向正反應(yīng)方向移動，氣體的總物質(zhì)的量增大，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量將減小；

(4)根據(jù)圖示裝置分析，陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2，電極反應(yīng)式為：C2H5OH+3H2O-12e-=12H++2CO2；陰極反應(yīng)為：2H++2e-=H2，根據(jù)電極反應(yīng)式知，每轉(zhuǎn)移lmol電子生成0.5mol氫氣，則V(H2)=22.4L/mol×0.5mol=11.2L。