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^-1   

CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g)⇌2CO₂(g)+6H₂(g)      ∆H₂ =+174.1 kJ·mol^-1

反应I的热化学方程式为______。

(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图中A、E和 G三点对应的反应温度T_A、T_E、T_G的关系是_____，其原因是 ______。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由图中可知CO的平衡转化率与进气比、反应温度之间的关系是____。

③A、B 两点对应的反应速率大小：v_A_____v_B(填“<” “=”或“>”)。已知反应速率 v=v_正−v_逆= k_正x(CO)x(H₂O) − k_逆x(CO₂) x(H₂) ，k为反应速率常数，x为物质的量分数，在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO的转化率刚好达到20％时，=_____。

(3)反应III在饱和KHCO₃电解液中，电解活化的CO₂来制备乙醇，其原理如图所示，则阴极的电极反应式为___________。

Answer

CH3CH2OH(g)+H2O(g)⇌4H2(g)+2CO(g) ∆H= +256.1 kJ·mol-1 TA=TE=TG KA=KE=KG=1 及时移去产物 温度相同，进气比越大，CO的平衡转化率越小；进气比相同，反应温度越高，CO的平衡转化率越小 ＜ 36.0 14CO2+12e−+9H2O═CH3CH2OH+12HCO3−

【解析】

(1)反应I化学方程式为CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)，

①CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol
②CH3CH2OH(g)+3H2O(g)⇌2CO2(g)+6H2(g)△H2=+174.1 kJ/mol
根据盖斯定律②-①×2计算CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)的△H；

(2)①反应II为CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol，正反应放热，可用A、E和G三点对应数值结合反应三段式计算平衡常数，根据平衡常数的变化分析判断；根据反应特点，结合温度、浓度对平衡移动的影响分析提高CO平衡转化率的措施；

②由图可知，当CO的转化率相同时，温度由低到高对应的进气比为0.5、1、1.5，由此可确定温度与进气比的关系；

③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H1=-41kJ/mol，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小；达到平衡状态为D点的反应过程中，平衡常数K=，则==K×，根据反应三段式计算D点时平衡常数K、计算CO转化率刚好达到20%时各物质的物质的量分数x，代入=K×中计算比值；

(3)阴极得电子发生还原反应，结合电子守恒、电荷守恒书写电极反应方程式。

(1)反应I化学方程式为CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)，①CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H1=−41kJ/mol

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

根据盖斯定律②−①×2计算CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)的△H=+174.1kJ/mol−(−41kJ/mol)×2=+256.1kJ/mol，即热化学方程式为CH3CH2OH(g)+H2O(g)═4H2(g)+2CO(g)△H=+256.1kJ/mol；

(2)①图中A点数值为(0.5，66.7)，即=0.5，CO的转化率为66.7%=，根据关系列三段式：

KA===1；

图中E点数值为(1，50)，即=1，CO的转化率为50%，根据关系列三段式：

平衡常数KE===1；

图中G点数值为(1.5，40)，即=1.5，CO的转化率为40%，根据关系列三段式：

平衡常数KG ===1；

根据以上计算可知，KA=KE=KG=1，平衡常数不变，平衡常数是温度的函数，温度不变，则平衡常数不变，则可得TA=TE=TG；

CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=−41kJ⋅mol−1，即正向为气体体积不变的放热反应，所以恒温条件下，增大H2O(g)的浓度或及时分离出CO2等产物均可提高CO的平衡转化率；

②由图可知，温度相同，进气比越大，CO的平衡转化率越小；进气比相同，反应温度越高，CO的平衡转化率越小；

③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H1=−41kJ/mol，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小，则B点温度高，反应速率快，即vA＜vB；D点数值为(1，60)，反应三段式为：

D点温度下的平衡常数KD＝==2.25，反应达到平衡时v正=v逆，即k正x（CO）x（H2O）=k逆x（CO2）x（H2），所以===K=2.25，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，反应三段式为：

X（CO）=x（H2O）==0.4，x（CO2）=x（H2）==0.1，所以==K×=2.25×=36.0；

(3)阴极得电子发生还原反应，故电极反应方程式14CO2+12e−+9H2O═CH3CH2OH+12HCO3−。