Question

乙酸是生物油的主要成分之一，乙酸制氢具有重要意义：

热裂解反应：CH₃COOH(g)→2CO(g)+2H₂(g)  △H=+213.7 kJ·mol^－1

脱酸基反应  CH₃COOH(g)→2CH₄(g)+CO₂(g) △H=－33.5 kJ·mol^－1

（1）请写出CO与H₂甲烷化的热化学方程式__________________________________。

（2）在密闭溶液中，利用乙酸制氢，选择的压强为________（填“较大”或“常压”）。

其中温度与气体产率的关系如图：

①约650℃之前，脱酸基反应活化能低速率快，故氢气产率低于甲烷；650℃之后氢气产率高于甲烷，理由是随着温度升高后，热裂解反应速率加快，同时_________________。

②保持其他条件不变，在乙酸气中掺杂一定量的水，氢气产率显著提高而CO的产率下降，请用化学方程式表示：____________________。

（3）若利用合适的催化剂控制其他的副反应，温度为T K时达到平衡，总压强为P kPa，热裂解反应消耗乙酸20%，脱酸基反应消耗乙酸60%，乙酸体积分数为________（计算结果保留1位小数）；脱酸基反应的平衡常数Kp分别为________________kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。

Answer

2CO(g) +2H2(g)→ CH4(g) + CO2 (g) ∆H= −247.2 KJ·mol-1 常压 热裂解反应正向移动，而脱酸基反应逆向移动，故氢气产率高于甲烷 CO(g) +H2O(g) ═ H2(g) + CO2 (g) 9.1% 0.8P

【解析】

（1）由盖斯定律计算；

（2）在密闭容器中，利用乙酸制氢，CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) ，反应为气体体积增大的反应，选择的压强为常压。

①热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) 是吸热反应，热裂解反应正向移动，脱酸基反应CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) 是放热反应，而脱酸基反应逆向移动。

②CO能与水蒸反应生成二氧化碳和氢气。

（3）根据体积分数的定义计算；根据平衡常数Kp的定义计算。

（1）由盖斯定律计算：①热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) △H=+2l3.7KJ·mol－1，②脱酸基反应CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) △H=－33.5KJ·mol－1，②-①得：CO与H2甲烷化的热化学方程式 2CO(g) +2H2(g)→ CH4(g) + CO2 (g) ∆H= −247.2 KJ·mol-1；

（2）在密闭容器中，利用乙酸制氢，CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) ，反应为气体体积增大的反应，选择的压强为常压。

①热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) 是吸热反应，热裂解反应正向移动，脱酸基反应CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) 是放热反应，而脱酸基反应逆向移动。650℃之后氢气产率高于甲烷，理由是随着温度升高后，热裂解反应速率加快，同时①热裂解反应正向移动，而脱酸基反应逆向移动，故氢气产率高于甲烷。

②CO能与水蒸反应生成二氧化碳和氢气，在乙酸气中掺杂一定量水，氢气产率显著提高而CO的产率下降，CO(g) +H2O(g) ═ H2(g) + CO2 (g) 。

（3）热裂解反应CH3COOH(g)→2CO(g)+2H2(g) △H=+2l3.7KJ·mol－1

0.2 0.4 0.4

脱酸基反应CH3COOH(g)→CH4(g)+CO2(g) △H=－33.5KJ·mol－1

0.6 0.6 0.6

乙酸体积分数为0.2/(0.4+0.4+0.6+0.6+0.2)×100%=9.1%

Kp=p(CH4)p(CO2)/p(CH3COOH)= =0.8P.