Question

【题目】氢气是一种理想的绿色能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如图1所示：

已知：反应I和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如图2所示：

（1）①写出反应I中的化学方程式是________________。

②若反应I在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，乙醇的平衡转化率___(填“增大”、“减小”或“不变”)，理由是___________。

（2）反应Ⅱ在进气比[n(CO)：n(H2O)]不同，测得相应的CO的平衡转化率见下图3(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)。

①图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。判断：TD______________TE(填“<”“=”或“>”)；

②当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度和进气比的关系是___(用简要的文字叙述)。

（3）已知：

a、2CH3OH(g) + CO2(g) CO(OCH3)2(g) + H2O(g) △H = -15.5 kJ/mol，该反应在0 ℃时K≈10-4.5；

b、2CH3OH(g) + CO2(g) + (g) CO(OCH3)2(g) + (g)△H = -110.7 kJ/mol。依据以上数据，文献认为反应a没有工业价值，你认为其理由是______________________；但反应b引入环氧丙烷()可有效促进CO2与CH3OH反应生成CO(OCH3)2，其原因是_________________________________。

Answer 1

【答案】CH3CH2OH ＋ H2O 2CO ＋ 4H2 增大 恒温恒压充入惰性气体，相当于减压，朝气体分子数增大方向移动 < 反应温度与进气比成反比 平衡常数小，原料转化率低 反应放热量增加，能量越低越稳定

【解析】

(1)①根据图1判断反应I中的反应物和生成物写出反应的化学方程式；②在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，容器的体积增大，相当于减小压强，结合书写的反应I的方程式分析判断；(2)根据图1写出反应Ⅱ的反应方程式，并根据图2分析出反应Ⅱ的热量变化情况，结合化学平衡的影响因素分析解答①；结合反应Ⅱ的反应方程式和图中BEF三点，分析反应温度与进气比的关系；(3)根据反应a的K≈10-4.5，结合化学平衡常数的意义分析解答；根据反应b的 △H = -110.7 kJ/mol，结合物质的稳定性与能量的关系分析解答。

(1)①根据图1，反应I中的反应物为CH3CH2OH和H2O，生成物为CO和H2，反应的化学方程式为CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)，故答案为：CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)；

②反应I为CH3CH2OH(g)＋ H2O(g)→2CO(g)＋ 4H2(g)，在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，容器的体积增大，相当于减小压强，平衡正向移动，乙醇的平衡转化率增大，故答案为：增大；恒温恒压充入惰性气体，相当于减压，平衡朝气体分子数增大方向移动；

(2)根据图1，反应Ⅱ为CO(g) +H2O(g) → H2(g) +CO2(g)，根据图2，反应Ⅱ随温度的升高，平衡常数K减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则正反应为放热反应；

①图中D、E两点时=1，CO的平衡转化率D＞E，由于该反应的平衡不受压强的影响，影响改变的条件为温度，由于正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向进行，CO转化率减小，图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE．D点CO转化率大于E点CO转化率，说明温度TD＜TE，故答案为：＜；

②CO(g) +H2O(g) → H2(g) +CO2(g) △H＜0。根据方程式可知，在其他条件不变时，越大，CO的转化率越小；温度越高，CO的平衡转化率越小；因此当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时，如图中BEF三点，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，进气比越高达到相同转化率所需的温度越低，即反应温度与进气比成反比，故答案为：反应温度与进气比成反比；

(3)反应a：2CH3OH(g) + CO2(g) CO(OCH3)2(g) + H2O(g) △H = -15.5 kJ/mol的K≈10-4.5，表示反应进行的程度很小，原料转化率低，没有工业价值；反应b：2CH3OH(g) + CO2(g) + (g) CO(OCH3)2(g) + (g) △H = -110.7 kJ/mol，由于该反应放出的热量增加，能量越低越稳定，因此引入环氧丙烷()可有效促进CO2与CH3OH反应生成CO(OCH3)2，故答案为：平衡常数小，原料转化率低；反应放热量增加，能量越低越稳定。