Question

【题目】(一)乙醇是一种重要的化工原料，也常用于生产乙醇汽油，解决燃油替代问题。最新以生物质为原料合成乙醇的方案设计中，化学家提出了用H2还原乙酸的方法来提高乙醇的产率和品质。

(1)用H2还原乙酸获得乙醇的反应为 CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH。该反应在一定条件下能自发进行，则ΔH__________(填“<”或“>”)0。

(2)已知该工艺中存在副反应：CH3COOH(g)+H2(g)CO(g)+CH4(g)+H2O(g) ΔH＞0。下列措施不能提高乙醇产率的是_____________。

A.升高温度 B.增大压强

C.选择合适催化剂 D.增大

(3)下列描述能说明反应CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)已达化学平衡的是________。

A.氢气、乙酸、乙醇的浓度相同 B.2v(H2)正=v(CH3CH2OH)逆

C.生成1 mol CH3COOH的同时生成1 mol H2O D.体系中乙醇的百分含量保持不变

(4)在=2的条件下投料，某研究小组进行了在相同压强下在相同时间内乙醇的产率随温度变化的测定实验。在图中画出乙醇的产率随温度变化的示意图__________。

(二)NO2是大气污染的主要污染物之一；硝酸盐是水体污染的污染物之一。电化学降解NO3-的原理如图所示，阴极电极反应式为___________________________。

Answer 1

【答案】< AC CD 2NO3-+12H＋+10e-=N2↑+6H2O

【解析】

(一)(1)利用反应自发进行时，△G=△H-T△S<0，利用△S<0，进行判断；

(2)从外界条件对可逆反应的平衡移动原理方向分析，若改变条件使CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)正向移动，则乙醇产率增大，反之产率降低；

(3)可逆反应达到平衡状态时，任何物质的浓度不变，任何物质的含量不变，用同一物质表示的正反应、逆反应的速率保持不变；

(4)根据在反应达到平衡前，升高温度，化学反应速率加快，更多的反应物变为生成物；当反应达到平衡后，升高温度化学平衡向吸热的反应方向移动分析乙醇的产率然后画出其相应的图象。

(二)根据图象知，NO3-得电子发生还原反应生成N2，则Ag-Pt作阴极，Pt电极为阳极，a为正极，b为负极，以此解答。

(1)反应CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH在一定条件下能自发进行，由于△G=△H-T△S<0，△S<0，则ΔH<0。

(2)A.由于CH3COOH(g)+2H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，使乙醇产率降低，且反应逆向移动，而该反应的副反应：CH3COOH(g)+H2(g)CO(g)+CH4(g)+H2O(g) ΔH>0的正反应是吸热反应，温度升高，更多的反应物反应生成CO、CH4等，最终导致乙醇产率降低，A符合题意；

B.增大压强副反应的平衡逆向移动，主反应向正反应方向移动，最终使乙醇产率增大，B不符合题意；

C.选择合适催化剂，不能使化学平衡发生移动，乙醇的转化率不变，C符合题意；

D.增大，主反应向正反应方向移动，更多的乙酸变为乙醇，乙醇的产率增大，D不符合题意；

故合理选项是AC；

(3) A.可逆反应达到平衡时氢气、乙酸、乙醇的浓度可能相同，也可能不相同，这取决于开始时加入的乙酸、氢气的物质的量的比及转化率，A错误；

B.任何条件下，v(H2)正=2v(CH3CH2OH)正，若2v(H2)正=v(CH3CH2OH)逆，4v(CH3CH2OH)正= v(CH3CH2OH)逆，同一物质表示的正反应、逆反应的速率不相等，反应达到平衡，B错误；

C.生成1 mol CH3COOH就会消耗1molH2O，同时生成1molH2O，说明水的浓度不变，任何物质的浓度不变，反应达到平衡，C正确；

D.若反应达到平衡，任何物质的物质的量不变，则物质的量浓度不变，混合物形成的体系中乙醇的百分含量保持不变，反应达到平衡，D正确；

故合理选项是CD；

(4)在氢气与乙酸混合比例不变时，升高温度，反应物分子能量增加，反应速率加快，更多的反应物转化为乙醇，乙醇的产率随温度的升高而增大；当在某温度下达到平衡时，乙醇转化率达到最大值，后随着温度的升高，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，使乙醇的产率降低，所以乙醇的产率与温度的变化曲线关系为：。

(二)由图示知在Ag-Pt电极上NO3-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则b为负极，a为电源正极，在阴极反应是NO3-得电子发生还原反应生成N2，利用电荷守恒与原子守恒知有氢离子参与反应且有水生成，所以阴极上发生的电极反应式为：2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O。