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下图所示：

已知：反应I和反应II的平衡常数随温度变化曲线如下图所示。

（1）①试说明反应Ⅰ能否发生自发反应______________________________________。

②反应Ⅰ、Ⅱ达平衡后，若在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，CO的体积分数会________________（填“上升”、“不变”、“下降”）。

（2）反应II，在进气比[n(CO) : n(H2O)]不同时，测得相应的CO的平衡转化率见下图1

（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同）。

③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“>”）。

④经分析计算，A、E和G三点对应的反应温度相同，理由是_________________________。

⑤在图2中，画出D点所对应温度下CO平衡转化率随进气比[n(CO) : n(H2O)]的曲线。____________

⑥以熔融Na2CO3为电解质的乙醇燃料电池具有广泛的应用，写出其负极的电极反应方程式。________________________________。

Answer 1

【答案】 反应ⅠCH3CH2OH+H2O→2CO+4H2 ，△S>0，根据化学平衡常数与温度的关系可知△H>0 ，高温下可自发 上升 < 经计算，A、E、G三点平衡常数相同，故反应温度相同 趋势正确，且必须穿过F、G之间 C2H5OH - 6e- + 3CO32- = 5CO2 + 3H2O

【解析】（1）①反应ⅠCH3CH2OH+H2O→2CO+4H2 ，△S>0，根据化学平衡常数与温度的关系可知△H>0 ，高温下可自发。

②在恒温恒压条件下，向体系中充入N2相当于增大了容器的体积，有利于反应Ⅰ正向移动，反应II平衡不移动，CO的体积分数会增大。

（2）③已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=42kJmol1，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，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TD<TE，故答案为：<；

④E点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量1100

变化量0.50.50.50.5

平衡量0.50.50.50.5

K=1

A点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量1200

变化23232323

平衡13432323

K=1

G点平衡常数CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量3200

变化量1.21.21.21.2

平衡量1.80.8121.2

K=1.2×1.2/1.8×0.8=1，

经计算，A、E、G三点平衡常数相同，故反应温度相同

⑤趋势正确，且必须穿过F、G之间

⑥负极为乙醇失电子的反应，电极反应为：C2H5OH - 6e- + 3CO32- = 5CO2 + 3H2O