Question

【題目】氫氣是一種理想的綠色能源。利用生物質發酵得到的乙醇制取氫氣，具有良好的應用前景。乙醇水蒸氣重整制氫的部分反應過程如圖1所示：

已知：反應I和反應Ⅱ的平衡常數隨溫度變化曲線如圖2所示：

（1）①寫出反應I中的化學方程式是________________。

②若反應I在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2，乙醇的平衡轉化率___(填“增大”、“減小”或“不變”)，理由是___________。

（2）反應Ⅱ在進氣比[n(CO)：n(H2O)]不同，測得相應的CO的平衡轉化率見下圖3(各點對應的反應溫度可能相同，也可能不同)。

①圖中D、E兩點對應的反應溫度分別為TD和TE。判斷：TD______________TE(填“<”“=”或“>”)；

②當不同的進氣比達到相同的CO平衡轉化率時，對應的反應溫度和進氣比的關系是___(用簡要的文字敘述)。

（3）已知：

a、2CH3OH(g) + CO2(g) CO(OCH3)2(g) + H2O(g) △H = -15.5 kJ/mol，該反應在0 ℃時K≈10-4.5；

b、2CH3OH(g) + CO2(g) + (g) CO(OCH3)2(g) + (g)△H = -110.7 kJ/mol。依據以上數據，文獻認為反應a沒有工業價值，你認為其理由是______________________；但反應b引入環氧丙烷()可有效促進CO2與CH3OH反應生成CO(OCH3)2，其原因是_________________________________。

Answer 1

【答案】CH3CH2OH ＋ H2O 2CO ＋ 4H2 增大 恒溫恒壓充入惰性氣體，相當于減壓，朝氣體分子數增大方向移動 < 反應溫度與進氣比成反比 平衡常數小，原料轉化率低 反應放熱量增加，能量越低越穩定

【解析】

(1)①根據圖1判斷反應I中的反應物和生成物寫出反應的化學方程式；②在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2，容器的體積增大，相當于減小壓強，結合書寫的反應I的方程式分析判斷；(2)根據圖1寫出反應Ⅱ的反應方程式，并根據圖2分析出反應Ⅱ的熱量變化情況，結合化學平衡的影響因素分析解答①；結合反應Ⅱ的反應方程式和圖中BEF三點，分析反應溫度與進氣比的關系；(3)根據反應a的K≈10-4.5，結合化學平衡常數的意義分析解答；根據反應b的 △H = -110.7 kJ/mol，結合物質的穩定性與能量的關系分析解答。

(1)①根據圖1，反應I中的反應物為CH3CH2OH和H2O，生成物為CO和H2，反應的化學方程式為CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)，故答案為：CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)；

②反應I為CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)，在恒溫恒壓條件下，向體系中充入N2，容器的體積增大，相當于減小壓強，平衡正向移動，乙醇的平衡轉化率增大，故答案為：增大；恒溫恒壓充入惰性氣體，相當于減壓，平衡朝氣體分子數增大方向移動；

(2)根據圖1，反應Ⅱ為CO(g) +H2O(g) → H2(g) +CO2(g)，根據圖2，反應Ⅱ隨溫度的升高，平衡常數K減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，則正反應為放熱反應；

①圖中D、E兩點時=1，CO的平衡轉化率D＞E，由于該反應的平衡不受壓強的影響，影響改變的條件為溫度，由于正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向進行，CO轉化率減小，圖中D、E兩點對應的反應溫度分別為TD和TE．D點CO轉化率大于E點CO轉化率，說明溫度TD＜TE，故答案為：＜；

②CO(g) +H2O(g) → H2(g) +CO2(g) △H＜0。根據方程式可知，在其他條件不變時，越大，CO的轉化率越��；溫度越高，CO的平衡轉化率越�。灰虼水敳煌�的進氣比達到相同的CO平衡轉化率時，如圖中BEF三點，當CO的轉化率相同時，溫度由低到高對應的進氣比為0.5、1、1.5，進氣比越高達到相同轉化率所需的溫度越低，即反應溫度與進氣比成反比，故答案為：反應溫度與進氣比成反比；

(3)反應a：2CH3OH(g) + CO2(g) CO(OCH3)2(g) + H2O(g) △H = -15.5 kJ/mol的K≈10-4.5，表示反應進行的程度很小，原料轉化率低，沒有工業價值；反應b：2CH3OH(g) + CO2(g) + (g) CO(OCH3)2(g) + (g) △H = -110.7 kJ/mol，由于該反應放出的熱量增加，能量越低越穩定，因此引入環氧丙烷()可有效促進CO2與CH3OH反應生成CO(OCH3)2，故答案為：平衡常數小，原料轉化率低；反應放熱量增加，能量越低越穩定。