Question

【題目】將甘油(C3H8O3)轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品是當(dāng)前熱點研究方向，甘油和水蒸氣經(jīng)催化重整可制得氫氣，反應(yīng)主要過程如下：

反應(yīng)Ⅰ： C3H8O3(l)＋3H2O(g)3CO2(g)＋7H2(g) 　　ΔH1

反應(yīng)Ⅱ： 2C3H8O3(l)＋3O2(g)6CO2(g)＋8H2(g) ΔH2＝a kJ·mol－1

反應(yīng)Ⅲ： 2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) ΔH3＝b kJ·mol－1

（1）ΔH1＝__________。

（2）酸性條件下，甘油可在納米TiO2Pt復(fù)合膜陽極上轉(zhuǎn)化為甘油醛(C3H6O3)，該電極方程式為________________________________。

（3）硝化甘油(C3H5O9N3)是治療心絞痛的速效藥，也可用作開采礦物的炸藥。

①硝化甘油能治療心絞痛的原理是在人體中釋放NO，實驗室中也可通過干法制備NO，方程式為3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑。若有1 mol NO生成，則被KNO3氧化的Cr2O3的物質(zhì)的量為________mol。

②硝化甘油爆炸時會徹底分解為N2、O2、CO2和H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________。

（4）①反應(yīng)Ⅰ制備H2時的副產(chǎn)物很多，主要有CH4、C2H4等，生產(chǎn)過程中必須采取措施抑制副產(chǎn)物產(chǎn)生，目的是__________________________________________________________。

②為了有效提高反應(yīng)Ⅰ氫氣的產(chǎn)率，研究人員還采用CaO吸附增強(qiáng)制氫的方法。如圖1所示，請分析加入CaO提高氫氣產(chǎn)率的原因_________________________________________。

（5）高效的催化劑是這種制氫方法能大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。圖2為三種不同催化劑在一段時間內(nèi)與甘油轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，則Ni/SiC催化劑的優(yōu)點是________________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】1/2(a－3b)kJ·mol－1 C3H8O3－2e－===C3H6O3＋2H＋ 0.125 4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O 提高氫氣的產(chǎn)率或使甘油和水分子中氫原子盡可能轉(zhuǎn)化為氫氣 CaO消耗CO2，降低CO2的濃度，促使平衡正向移動，提高H2產(chǎn)率 催化劑效率高，穩(wěn)定性高或催化劑壽命長

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，對已知的熱化學(xué)方程式進(jìn)行相關(guān)運算。

(2)甘油（C3H8O3）中碳元素平均價態(tài)為-，甘油醛（C3H6O3）中碳元素平均價態(tài)為0，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以1molC3H8O3失去×3=2mole-，在酸性介質(zhì)中同時生成H+。

(3)分析方程式3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑中元素化學(xué)價的變化知，KNO2和KNO3作氧化劑，Cr2O3作還原劑，3molKNO2得到3mole-，1molKNO3得到3mole-，1molCr2O3被氧化失去6mole-，其中3mole-由KNO3獲得，所以每1molKNO3能氧化mol的Cr2O3。另外，每生成4molNO中有1molKNO3參加反應(yīng)，所以生成1molNO時就有molKNO3參加反應(yīng)，據(jù)此分析。②硝化甘油爆炸時反應(yīng)物是C3H8O3，生成物為N2、O2、CO2和H2O，再根據(jù)化合價升降守恒和元素守恒配平。

(4) ①由反應(yīng)方程式可知，甘油和水中氫元素全部轉(zhuǎn)化為H2，而副產(chǎn)物CH4、C2H4越多，生成H2的產(chǎn)率越低。②CaO吸收CO2：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)，反應(yīng)體系中CO2濃度降低，平衡向正反應(yīng)方向移動，由此分析。

(5)由圖2知，使用Ni/Al2O3和Ni/GeO2催化劑時，在反應(yīng)后期甘油轉(zhuǎn)化率反而降低；而使用Ni/SiC催化劑時甘油轉(zhuǎn)化率較高，且轉(zhuǎn)化率長時間保持穩(wěn)定值。

(1)根據(jù)蓋斯定律，對已知3個熱化學(xué)方程式運算可知，(II－2×I)÷3=III，則有(ΔH2－2ΔH1)÷3=ΔH3，即(a－2ΔH1)÷3=b，解得ΔH1=kJ/mol。

(2)甘油（C3H8O3）中碳元素平均價態(tài)為-，甘油醛（C3H6O3）中碳元素平均價態(tài)為0，因陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以1molC3H8O3失去×3=2mole-，在酸性介質(zhì)中同時生成H+，其電極方程式為C3H8O3－2e－=C3H6O3＋2H＋。

(3)分析方程式3KNO2＋KNO3＋Cr2O32K2CrO4＋4NO↑中元素化合價的變化知，KNO2和KNO3均作氧化劑，Cr2O3作還原劑，1molCr2O3被氧化時失去6mole-，其中3mole-由KNO3獲得，所以每1molKNO3能氧化mol的Cr2O3。另外，每生成4molNO中有1molKNO3參加反應(yīng)，即生成1molNO時就有molKNO3參加反應(yīng)，所以若有1molNO生成，則mol KNO3能氧化Cr2O3的物質(zhì)的量=×mol=0.125mol。

②硝化甘油爆炸時反應(yīng)物是C3H8O3，生成物為N2、O2、CO2和H2O，再根據(jù)化合價升降守恒和元素守恒配平：4C3H5O9N36N2↑＋O2↑＋12CO2↑＋10H2O。

(4) ①由反應(yīng)I方程式可知，甘油和水中氫元素全部轉(zhuǎn)化為H2，而副產(chǎn)物CH4、C2H4越多，生成H2的產(chǎn)率越低。所以生產(chǎn)過程中采取措施抑制副產(chǎn)物產(chǎn)生的目的是提高氫氣的產(chǎn)率或使甘油和水分子中氫原子盡可能轉(zhuǎn)化為氫氣。

②由圖1知，隨CaO加入量增加，CO2物質(zhì)的量直線下降，是因為CaO吸收CO2：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)，反應(yīng)體系中CO2濃度降低，平衡向正反應(yīng)方向移動，H2產(chǎn)率增大。

(5)由圖2知，使用Ni/Al2O3和Ni/GeO2催化劑時，在反應(yīng)后期甘油轉(zhuǎn)化率反而降低；而使用Ni/SiC催化劑時甘油轉(zhuǎn)化率較高，且轉(zhuǎn)化率長時間穩(wěn)定在較高水平，所以，Ni/SiC催化劑的優(yōu)點是：催化劑效率高，穩(wěn)定性高或催化劑壽命長。