Question

十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。绿色能源是实施可持续发展的重要途径，利用生物乙醇来制取绿色能源氢气的部分反应过程如下图所示：

（1）已知：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)         △H₁= - 41 kJ/mol

CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g) 2CO₂(g)+6H₂(g)   △H₂=+174.1 kJ/mol

请写出反应I的热化学方程式__________________________________________________________。

（2）反应II，在进气比[n(CO) : n(H₂O)]不同时，测得相应的CO平衡转化率见下图（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同）。

①经分析，A、E和G三点对应的反应温度相同，其原因是K_A=K_E=K_G=__________（填数值）。在该温度下：要提高CO平衡转化率，除了改变进气比之外，还可采取的措施是_____

②对比分析B、E、F三点，可得出对应的进气比和反应温度的变化趋势之间的关系是________

③比较A、B两点对应的反应速率大小：V_A________V_B（填“<” “=”或“>”）。反应速率v=v_正−v_逆= K_正X(CO)X(H₂O) –K_逆X( CO₂)X(H₂)，K_正、K_逆分别为反应速率常数，X为物质的量分数，计算在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO转化率刚好达到20%时

=__________ （计算结果保留1位小数）。

（3）反应III，利用碳酸钾溶液吸收CO₂得到饱和的KHCO₃电解液，电解活化的CO₂来制备乙醇。

①已知碳酸的电离常数K_a1=10^-a，K_a2=10^-b，吸收足量CO₂所得饱和KHCO₃溶液的pH=c，则该溶液中 =________（列出计算式）。

②在饱和KHCO₃电解液中电解CO₂来制备乙醇的原理如图所示。则阴极的电极反应式是________。

Answer

CH3CH2OH(g)+H2O(g)  4H2(g)+2CO(g) △H= +256.1 kJ/mol 1 及时移去产物 进气比越大，反应温度越低或进气比越小，反应温度越高 < 36.0 c-a 14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3－

【解析】

（1）结合图1和已知的两个热化学方程式方程式，确定反应I的热化学方程式；

（2）①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 该反应是反应前后气体分子数不变的反应，E点时n(CO)：n(H2O)=1，CO平衡转化率为50%，假设开始时CO、H2O的物质的量均为xmol，计算平衡时n(CO)、n(H2O)、n(CO2)、n(H2)然后进行相关计算；

②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)  △H1= - 41 kJ/mol 该反应是放热反应，当其他条件不变时，温度越高转化率越低；

③A、E和G三点对应的反应温度相同，B的温度比E的温度高，投料比相同时，温度越高反应速率越快；先计算出D点平衡时K正、K逆的关系，然后计算出反应过程中当CO的转化率为20%，然后计算出CO、H2O、CO2、H2的物质的量分数；

（3）①已知碳酸的电离常数Ka1=10-a，Ka2=10-b，吸收足量CO2所得饱和KHCO3溶液的pH=c，c(H+)=1.0×10-cmol/L， =；

②电解时，阴极发生还原反应，CO2得电子转化为CH3CH2OH。

（1）①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)  △H1= - 41 kJ/mol ②CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) △H2=+174.1 kJ/mol，根据盖斯定律可知：由①×2+②得CH3CH2OH(g)+H2O(g) 4H2(g)+2CO(g) △H= +256.1 kJ/mol ；

（2）①A、E和G三点对应的反应温度相同，平衡常数相同，E点时n(CO)：n(H2O)=1，CO平衡转化率为50%，假设开始时CO、H2O的物质的量均为xmol，平衡后n(CO)=n(H2O)=n(CO2)=n(H2)=0.5mol，同一容器中，所以平衡后c(CO)=c(H2O)=c(CO2)=c(H2)，KE==1，故KA=KE=KG=1；在该温度下：要提高CO平衡转化率，在CO的物质的量不变的情况下，继续通入过量的H2或减小生成物的浓度，即及时移去生成物；

②CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H1= - 41 kJ/mol，B、E、F三点，n(CO)：n(H2O)的比值逐渐增大，但是它们的转化率不变，说明它们的温度越低，即进气比越大，反应温度越低；

③因为A、E和G三点对应的反应温度相同，由②可知B的温度比E的温度高，投料比相同时，温度越高反应速率越快，故VA< VB；D点的时，n(CO)：n(H2O)=1，假设开始时CO、H2O的物质的量均为ymol，反应过程中当CO的转化率为20%，n(CO)=n(H2O)=0.8ymol，n(CO2)=n(H2)=0.2ymol，X(CO)=X(H2O)= =40%，X(CO2)=X(H2)= =10%；D点的时，CO平衡转化率为50%，故平衡时n平(CO)=n平(H2O)=0.4ymol，n平(CO2)=n平(H2)=0.6ymol，X平(CO)=X平(H2O)= =20%，X平(CO2)=X平(H2)= = 30%，平衡时v正=v逆，即K正X(CO)X(H2O)=K逆X( CO2)X(H2)，故 = =，故在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO转化率刚好达到20%时， = = =36.0；

（3）①已知碳酸的电离常数Ka1=10-a，Ka2=10-b，吸收足量CO2所得饱和KHCO3溶液的pH=c，c(H+)=1.0×10-cmol/L，==c-a；

②电解时，阴极发生还原反应，CO2得电子转化为CH3CH2OH，阴极电极反应式为14CO2+12e-+9H2O=CH3CH2OH+12HCO3-。