Question

据报道,在300 ℃、70 MPa 条件下,由CO₂和H₂合成乙醇已成为现实,该合成对解决能源问题具有重大意义。

(1)已知25 ℃、101 kPa条件下,1 g乙醇燃烧生成CO₂和液态水时释放出a kJ能量,请写出该条件下乙醇燃烧的热化学反应方程式:　。 

(2)由CO₂和H₂合成乙醇的化学方程式为2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g)。实验测得温度对反应的影响如图所示。

①正反应的ΔH　　　0(填“＞”、“<”或“=”); 

②该反应的化学平衡常数表达式为K=　                       。 

(3)对于该化学平衡,为了提高H₂的转化率,可采取的措施有　　　。 

A.升温   B.加压

C.加催化剂D.增加CO₂的浓度

(4)现有甲、乙两装置,甲装置为原电池,乙装置为电解池。

①b电极上发生的电极反应式为　　　　　　　　。 

②若甲中有0.1 mol CH₃CH₂OH参加反应,则乙装置中生成的气体在标准状况下的体积共为　　　 L。

Answer

(1)C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-46a kJ·mol-1

(2)①< ② (3)BD

(4)①C2H5OH+16OH--12e-2C+11H2O

②17.92

【解析】(1)1 g乙醇燃烧放出a kJ热量,所以1 mol乙醇燃烧放出的热量为46a kJ。注意放热反应的ΔH<0。

(2)①T2时达到平衡所用时间短,说明温度高。但达到平衡时乙醇的体积分数小,说明升高温度平衡逆向移动,故ΔH<0。②根据平衡常数的定义即可写出平衡常数表达式。

(3)升温平衡逆向移动,H2的转化率减小,A错误;加压平衡正向移动,H2的转化率增大,B正确;催化剂不能使平衡移动,C错误;增加二氧化碳的浓度,平衡正向移动,H2的转化率增大,D正确。

(4)①该燃料电池的总反应为C2H5OH+3O2+4OH-2C+5H2O,a极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。用总反应式减去a极的电极反应式得b极的电极反应式为C2H5OH+16OH--12e-2C+11H2O。

②若甲装置中有0.1 mol C2H5OH参加反应,则转移电子1.2 mol。乙装置中阳极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,根据电子守恒可知该极生成0.3 mol O2。阴极先发生反应:2Cu2++4e-2Cu,因0.1 mol Cu2+消耗0.2 mol电子,故继续发生反应:2H++2e-H2↑,转移1.0 mol电子生成0.5 mol H2。共生成0.8 mol气体,标准状况下其体积为17.92 L。