高中化学试题解析290
我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5℃)绿色制氢新途径，并实现高附加值乙酸(沸点118℃)的生产，主要反应为：
回答下列问题：
（1）乙醇可由秸秆生产，主要过程为
（2）对于反应Ⅰ：
①已知
②一定温度下，下列叙述能说明恒容密闭容器中反应达到平衡状态的是_______(填标号)。
A．容器内的压强不再变化
B．混合气体的密度不再变化
C．CH3COOH的体积分数不再变化
D．单位时间内生成1mol H2O，同时消耗2mol H2
③反应后从混合气体分离得到H2，最适宜的方法为_______。
（3）恒压100kPa下，向密闭容器中按n(H2O)∶n(C2H5OH)=9∶1投料，产氢速率和产物的选择性随温度变化关系如图1，关键步骤中间体的能量变化如图2。比如：
①由图1可知，反应Ⅰ最适宜的温度为270℃，原因为_______。
②由图中信息可知，乙酸可能是_______(填“产物1”“产物2”或“产物3”)。
③270℃时，若该密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时乙醇的转化率为90%，乙酸的选择性为80%，则p(CH3COOH)∶p(C2H5OH)= _______，平衡常数Kp1_______kPa (列出计算式即可；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
答案：
（1）葡萄糖
（2）①. +44.4
②. AC
③. 降温冷凝后收集气体
（3）①. 乙酸选择性最大且反应速率较快
②. 产物1
③. 36:5
分析：
（1）纤维素水解的最终产物是葡萄糖，葡萄糖再发酵生成乙醇和二氧化碳。
（2）①依盖斯定律，将反应Ⅱ与已知反应相加，可得到反应Ⅰ，ΔH1=ΔH2+ΔH=68.7kJ/mol－24.3kJ/mol=+44.4kJ/mol。
②反应Ⅰ是气体分子数目增多的反应，在恒容条件下，容器内压强不变，依阿伏加德罗定律，说明气体的总物质的量不变，可证明反应达到平衡状态。
容器内气体的总质量不变，气体的体积也不变，则混合气体的密度一直不变，不能说明反应是否达到平衡状态。
乙酸的体积分数不变，则其物质的量不变，反应达到了定的状态，即反应达到了平衡状态。
对反应来说，生成H2O对应逆反应速率，消耗H2也对应逆反应速率，并不能证明正反应速率与逆反应速率相等，所以不能说明反应是否达到平衡状态。
③反应体系中的物质只有H2在通常情况下是气体，而乙醇、乙酸和水在通常情况下均为液体，所以最适宜的方法是降温将气体冷凝分离，最后收集气体。
（3）①从图1知，温度270℃时，乙酸的选择性最高，生成的氢气多，且此时生成氢气的速率较快。
②此反应是吸热反应，所以排除产物3；此时乙酸的选择性相对较大，说明生成乙酸的活化能较小，结合图知产物1生成的活化能较小，所以产物1是乙酸。
③假设投料n(H2O)=9mol，n(乙醇)=1mol，密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ。平衡时乙醇的转化率为90%，乙酸的选择性为80%，则平衡时生成的乙酸的物质的量=90%×80%×1=0.72mol，n平(乙醇)=1mol×10%=0.1mol。
在270℃ 100kPa条件下气体的分压之比等于其物质的量之比，所以 p(CH3COOH)∶p(C2H5OH)=0.72∶0.1=36∶5。
反应Ⅰ、反应Ⅱ的转化量的关系为：
所以平衡时，乙醇、水蒸气、氢气、乙酸、乙醛的物质的量依次为0.1mol、8.28mol、1.62mol、0.72mol、0.18mol，气体总物质的量为0.1mol+8.28mol+1.62mol+0.72mol+0.18mol=10.9mol，则反应Ⅰ的压强平衡常数为：
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云水散人
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