Question

17．乙醇是一種重要的化工原料，在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛．
（1）工業(yè)上利用二甲醚合成乙醇
反應(yīng)①：CH₃OCH₃（g）+CO（g）?CH₃COOCH₃（g）△H₁
反應(yīng)②：CH₃COOCH₃（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）+C₂H₅OH（g）△H₂
一定壓強(qiáng)下，溫度對(duì)二甲醚和乙酸甲酯平衡轉(zhuǎn)化率影響如圖1所示，則△H₁
＜0（填“＞”或“＜”，下同）、△H₂＜0．溫度對(duì)平衡體系中乙酸甲酯的含量和乙醇含量的影響如圖2所示．在300K～600K范圍內(nèi)，乙酸甲酯的百分含量逐漸增加，乙醇的百分含量逐漸減小的原因是300～600K范圍內(nèi)，隨著溫度升高，反應(yīng)①對(duì)應(yīng)的平衡體系向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的程度比反應(yīng)②的小．

（2）乙醇加入汽油（平均分子式為C₈H₁₈）中能改善油品質(zhì)量，減少對(duì)環(huán)境的影響．
①乙醇汽油可提高燃油的燃燒效率，減少CO等不完全燃燒產(chǎn)物的生成．相同條件下，等物質(zhì)的量的乙醇與汽油完全燃燒消耗氧氣之比為6：25．
②NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題．某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag-ZSM-5為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖3所示．若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)镹O分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，775K時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在870℃左右．寫出此條件下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2NO+2C$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+2CO₂．
（3）某乙醇燃料電池采用質(zhì)子（H⁺）溶劑，在200℃左右供電的電池總反應(yīng)為C₂H₅OH+3O₂→2CO₂+3H₂O．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）溫度升高平衡向吸熱方向移動(dòng)，如果正向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率會(huì)升高；不同反應(yīng)，溫度的變化對(duì)平衡體系的影響程度不一樣；
（2）①可根據(jù)燃燒反應(yīng)方程式計(jì)算等物質(zhì)的量的乙醇與汽油完全燃燒消耗氧氣的物質(zhì)的量之比；
②升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；NO和CO在催化劑作用下生成無毒氣體，產(chǎn)物應(yīng)為N₂和CO₂，根據(jù)電子守恒和原子守恒可得此反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）燃燒電池的負(fù)極反應(yīng)氧化反應(yīng)，由電池總反應(yīng)為C₂H₅OH+3O₂→2CO₂+3H₂O可知，負(fù)極乙醇的氧化產(chǎn)物為CO₂，結(jié)合可移動(dòng)的離子微粒是H+寫出負(fù)極電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）由圖1可知隨著溫度的升高，二甲醚和乙酸甲酯平衡轉(zhuǎn)化率均降低，說明溫度升高，反應(yīng)①、反應(yīng)②均逆向移動(dòng)，即反應(yīng)的正方向均為放熱反應(yīng)，則△H₁＜0、△H₂＜0；由圖2可知在300K～600K范圍內(nèi)，乙酸甲酯的百分含量逐漸增加，乙醇的百分含量逐漸減小，說明此溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，反應(yīng)①對(duì)應(yīng)的平衡體系向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的程度比反應(yīng)②的小；
故答案為：＜；＜；300～600K范圍內(nèi)，隨著溫度升高，反應(yīng)①對(duì)應(yīng)的平衡體系向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的程度比反應(yīng)②的小；
（2）①1mol乙醇完全燃燒消耗氧氣的物質(zhì)的量為1mol×（2+$\frac{6}{4}$-$\frac{1}{2}$）=3mol，1molC₈H₁₈完全燃燒消耗氧氣的物質(zhì)的量為1mol×（8+$\frac{18}{4}$）=12.5mol，則相同條件下，等物質(zhì)的量的乙醇與汽油完全燃燒消耗氧氣之比為3mol：12.5mol=6：25；
故答案為：6：25；
②升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；由圖可知，在$\frac{n（NO）}{n（CO）}$=1的條件下，870℃時(shí)，NO還原為N₂的轉(zhuǎn)化率為100%；CO與NO₂發(fā)生反應(yīng)生成無毒的N₂和CO₂，反應(yīng)為2NO+2C$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+2CO₂，
故答案為：NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，775K時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；870℃；2NO+2C$\frac{\underline{催化劑}}{△}$N₂+2CO₂；
（3）乙醇在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂，電極反應(yīng)式為C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺；
故答案為：C₂H₅OH-12e^-+3H₂O═2CO₂↑+12H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的影響因素，重點(diǎn)是溫度對(duì)平衡的影響，涉及有機(jī)物燃燒消耗氧氣的計(jì)算及有機(jī)物燃燒電池的電極反應(yīng)式書寫，屬基礎(chǔ)考查，難點(diǎn)適中．