Question

【题目】乙醇是生活中常见的物质，用途广泛，其合成方法和性质也具有研究价值。

I．直接乙醇燃料电池（DEFC）具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。

碱性乙醇燃料电池 酸性乙醇燃料电池 熔融盐乙醇燃料电池

（1）三种乙醇燃料电池中正极反应物均为____________。

（2）碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为________________________，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是 ____________。

（3）酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为_______________________，通过质子交换膜的离子是___________。

（4）熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO32－向电极____（填“a”或“b”）移动，电极b上发生的电极反应式为_____________________。

II．已知气相直接水合法可以制取乙醇：H2O(g) + C2H4(g) CH3CH2OH(g)。当n(H2O)︰n(C2H4)=1︰1时，乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系如下图：

（1）图中压强P1、P2、P3、P4的大小顺序为：_________________________，理由是：______________。

（2）气相直接水合法采用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290 ℃，压强6.9MPa，n(H2O)︰n(C2H4)=0.6︰1。该条件下乙烯的转化率为5℅。若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有__________________________________。

Answer 1

【答案】 氧气 C2H5OH+16OH－－12e－=CO32－+11H2O 空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH O2+12H+ +12e－6H2O H+ a O2+ 2CO2 +4e－=2CO32－ P4>P3>P2>P1 反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，乙烯的转化率增大，所以相同条件下，转化率越大的代表压强越大 增加H2O(g)的量、移出生成物

【解析】Ⅰ． (1)燃料电池中通入燃料的为负极，通入氧气或空气的为正极，三种乙醇燃料电池中正极反应物均为氧气；(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a为负极，电极反应式为C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O，使用空气代替氧气 ，空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH，故答案为：C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O；空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH；(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，电极反应式为3O2+12H+ +12e－= 6H2O；通过质子交换膜能够使质子（H+）通过；(4)根据图示，a为负极，原电池中阴离子由正极向负极移动，CO32－向电极a移动，电极b为正极，电极反应式为O2+ 2CO2 +4e－= 2 CO32－；Ⅱ． (1)在相同温度下由于乙烯转化率为p1＜p2＜p3＜p4，由C2H4(g)+H2O(g)═C2H5OH(g)可知正反应为气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高，因此压强关系是p1＜p2＜p3＜p4，故答案为：p1＜p2＜p3＜p4；反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，乙烯的转化率增大，所以相同条件下，转化率越大的代表压强越大；(２)若要进一步提高乙烯转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以改变物质的浓度，如从平衡体系中将产物乙醇分离出来，或增大水蒸气的浓度，改变二者物质的量的比等，故答案为：将产物乙醇液化移去；增加H2O(g)的量。