Question

【題目】氫能源是公認的零碳消潔能源，用乙醇為原料可通過多種方法制氫，具有理想的應用前景�；卮鹣铝袉栴}：

（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（乙醇的起始物質的量相同），反應相同時間測得乙醇轉化率隨溫度變化的關系如圖所示。

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

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

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

（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，達到平衡狀態后增大容器體積，則混合氣體的平均相對分子質量將_________（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為復雜的膜電極）電解乙醇制氫，陽極的電極反式應為___________，理論上每轉移lmol電子，可以產生________L氫氣（標準狀況下）。

Answer 1

【答案】> mol4L-4 過多的水分子會占據催化劑表面活性位，導致反應速率降低，則相同時間內乙醇轉化率降低（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，乙醇的轉化率增大，說明升高溫度，平衡向正反應方向移動，說明正反應方向為吸熱，故△H1＞0；

400℃時，乙醇轉化率為20%，根據三等式，則

容器的體積為2L，則平衡常數mol4L-4；

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

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

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