Question

【題目】乙醇是生活中常見的物質，用途廣泛，其合成方法和性質也具有研究價值。

I．直接乙醇燃料電池（DEFC）具有很多優點，引起了人們的研究興趣。現有以下三種乙醇燃料電池。

堿性乙醇燃料電池 酸性乙醇燃料電池 熔融鹽乙醇燃料電池

（1）三種乙醇燃料電池中正極反應物均為____________。

（2）堿性乙醇燃料電池中，電極a上發生的電極反應式為________________________，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會不斷下降，其原因是 ____________。

（3）酸性乙醇燃料電池中，電極b上發生的電極反應式為_______________________，通過質子交換膜的離子是___________。

（4）熔融鹽乙醇燃料電池中若選擇熔融碳酸鉀為介質，電池工作時，CO32－向電極____（填“a”或“b”）移動，電極b上發生的電極反應式為_____________________。

II．已知氣相直接水合法可以制取乙醇：H2O(g) + C2H4(g) CH3CH2OH(g)。當n(H2O)︰n(C2H4)=1︰1時，乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖：

（1）圖中壓強P1、P2、P3、P4的大小順序為：_________________________，理由是：______________。

（2）氣相直接水合法采用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應溫度290 ℃，壓強6.9MPa，n(H2O)︰n(C2H4)=0.6︰1。該條件下乙烯的轉化率為5℅。若要進一步提高乙烯的轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以采取的措施有__________________________________。

Answer 1

【答案】 氧氣 C2H5OH+16OH－－12e－=CO32－+11H2O 空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH O2+12H+ +12e－6H2O H+ a O2+ 2CO2 +4e－=2CO32－ P4>P3>P2>P1 反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，乙烯的轉化率增大，所以相同條件下，轉化率越大的代表壓強越大 增加H2O(g)的量、移出生成物

【解析】Ⅰ． (1)燃料電池中通入燃料的為負極，通入氧氣或空氣的為正極，三種乙醇燃料電池中正極反應物均為氧氣；(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a為負極，電極反應式為C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O，使用空氣代替氧氣 ，空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH，故答案為：C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O；空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH；(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b為正極，電極反應式為3O2+12H+ +12e－= 6H2O；通過質子交換膜能夠使質子（H+）通過；(4)根據圖示，a為負極，原電池中陰離子由正極向負極移動，CO32－向電極a移動，電極b為正極，電極反應式為O2+ 2CO2 +4e－= 2 CO32－；Ⅱ． (1)在相同溫度下由于乙烯轉化率為p1＜p2＜p3＜p4，由C2H4(g)+H2O(g)═C2H5OH(g)可知正反應為氣體體積減小的反應，所以增大壓強，平衡正向移動，乙烯的轉化率提高，因此壓強關系是p1＜p2＜p3＜p4，故答案為：p1＜p2＜p3＜p4；反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，乙烯的轉化率增大，所以相同條件下，轉化率越大的代表壓強越大；(２)若要進一步提高乙烯轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質的濃度，如從平衡體系中將產物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度，改變二者物質的量的比等，故答案為：將產物乙醇液化移去；增加H2O(g)的量。