乙酸燃料电池四种环境方程式

乙醇燃料电池---直接乙醇燃料电池(DEFC)由于乙醇的天然存在性、无毒，是一种可再生能源开始引起人们的研究兴趣。然而，乙醇燃料电池目前多以含有CO2的空气作为氧气的来源，故碱性不断的下降，进而使得电池无法完全正常的运转，甚至根本无法运转

宾夕法尼亚州立大学的布鲁斯·洛根（Bruce Logan）指出，这种所谓微生物燃料电池，能将几乎所有可分解的有机材料，转化为零排放的氢气燃料。

与现在的氢能源汽车相比，这项技术更具环保优势。因为现有氢汽车燃料所用的氢通常来自化石燃料，即使车子本身不释放温室气体，但在原料生产加工过程也会排放。

洛根通过电话采访说：“这是一项利用可再生有机物质的方法，只要材料可以生物降解，并且能够产生氢就可以。”

在《美国国家自然科学院学报》发表的研究里，洛根与他的同事陈韶安（Shaoan Cheng），就是用自然产生的细菌，加上醋中含有的乙酸，放入电解细胞中，释放出氢气的。

细菌啜食着乙酸，释放出电子和质子，产生0.3伏的电流，此时外界在稍加一点电流，氢气便从液体里冒了出来。

<b>水是唯一的排放物</b>

这项技术比水电解更为高效，因为水的电解会产生氧气跟氢气。洛根说：“这个技术的耗能仅是水电解的十分之一。”细菌做了大部分的工作，分解有机材料，释放出亚原子微粒，因此所需的电量只是把这些微粒形成氢气。

洛根表示，产生的燃料虽然是气体，而不是液体，但仍可以用作车辆“加油”。整个过程用到纤维素、葡萄糖、醋酸盐以及其他挥发性酸类。唯一的排放物仅仅是水。

尽管这项技术听起来遥不可及，但微生物燃料电池技术在当今已经应用了。研究人员正在为这项技术申请专利。然而这些燃料电池过于庞大，无法安装在汽车里，所以气态氢燃料必须在工厂里制造。

洛根说：“你可以将其中的一个反应装置，安放在食品加工厂里，利用那里的污水，制造出氢气。或者你去个农场，那有很多的纤维素，跟……农业废料，利用这些，生产氢气。”这可能不是在大城市里实施，而是在农村会比较凑效。他说：“第一步，就是因地制宜，利用当地正在花钱处理的污水，将那些污水处理厂建设成为氢生产厂。”

乙醇分子中含有极化的氧氢键,电离时生成烷氧基负离子和质子.CH3CH2OH（可逆）CH3CH2O- + H+ 乙醇的pKa=15.9,与水相近.乙醇的酸性很弱,但是电离平衡的存在足以使它与重水之间的同位素交换迅速进行.CH3CH2OH+D2O（可逆）CH3CH2OD+HOD 因为乙醇可以电离出极少量的氢离子,所以其只能与少量金属（主要是碱金属）反应生成对应的醇金属以及氢气：2CH3CH2OH + 2Na2CH3CH2ONa + H2 乙醇可以和高活跃性金属反应,生成醇盐和氢气.醇金属遇水则迅速水解生成醇和碱 结论：（1）乙醇可以与金属钠反应,产生氢气,但不如水与金属钠反应剧烈.（2）活泼金属（钾、钙、钠、镁、铝）可以将乙醇羟基里的氢取代出来.

还原性

乙醇具有还原性,可以被氧化成为乙醛.酒精中毒的罪魁祸首通常被认为是有一定毒性的乙醛,而并非喝下去的乙醇.例如 2CH3CH2OH + O2 2CH3CHO + 2H2O（条件是在催化剂Cu或Ag的作用下加热） 实际上是乙醇先和氧化铜进行反应,然后氧化铜被还原为单质铜,现象为：黑色氧化铜变成红色.乙醇也可被高锰酸钾氧化,同时高锰酸钾由紫红色变为无色.乙醇也可以与酸性重铬酸钾溶液反应,当乙醇蒸汽进入含有酸性重铬酸钾溶液的硅胶中时,可见硅胶由橙红色变为草绿色,此反应现用于检验司机是否醉酒驾车.

酯化反应

乙醇可以与乙酸在浓硫酸的催化并加热的情况下发生酯化作用,生成乙酸乙酯（具有果香味）.C2H5OH+CH3COOH－浓H2SO4△(可逆)CH3COOCH2CH3+H2O（此为取代反应） “酸”脱“羧基”,“醇”脱“羟基”上的“氢”

与氢卤酸反应

乙醇可以和卤化氢发生取代反应,生成卤代烃和水.C2H5OH + HBrC2H5Br + H2O或写成CH3CH2OH + HBr CH3CH2Br + H-OH C2H5OH + HXC2H5X + H2O 注意：通常用溴化钠和硫酸的混合物与乙醇加热进行该反应.故常有红棕色气体产生.

氧化反应

（1）燃烧：发出淡蓝色火焰,生成二氧化碳和水（蒸气）,并放出大量的热,不完全燃烧时还生成一氧化碳,有黄色火焰,放出热量 完全燃烧：C2H5OH+3O2－点燃2CO2+3H2O 不完全燃烧：2C2H5OH+5O2—点燃2CO2+2CO+6H2O （2）催化氧化：在加热和有催化剂（Cu或Ag）存在的情况下进行.2Cu+O2－加热2CuO C2H5OH+CuOCH3CHO+Cu+H2O 　即催化氧化的实质(用Cu作催化剂） 总式：2CH3CH2OH+O2－Cu或Ag2CH3CHO+2H2O （工业制乙醛） 乙醇也可被浓硫酸跟高锰酸钾的混合物发生非常激烈的氧化反应,燃烧起来.（切记要注酸入醇,酸与醇的比例是1:3）

消去反应和脱水反应

乙醇可以在浓硫酸和高温的催化发生脱水反应,随着温度的不同生成物也不同.（1）消去（分子内脱水）制乙烯（170℃浓硫酸）制取时要在烧瓶中加入碎瓷片（或沸石）以免爆沸.C2H5OHCH2=CH2+H2O （2）缩合（分子间脱水）制乙醚（130℃-140℃ 浓硫酸） 2C2H5OH C2H5OC2H5 + H2O（此为取代反应）

乙醇燃烧产能量太低不适合直接用做燃料

汽油燃烧产能量远远高于酒精经发机汽缸压缩爆燃释放能量作乙醇讲易挥发宜存放。燃点低同能蕴太低要想直接使其释放能推机械能量仅消耗量且本高。

汽车用乙醇汽油在燃烧值、动力性和耐腐蚀性上的不足：

1、乙醇的热值是常规车用汽油的60%，据有关资料的报道，若汽车不作任何改动就使用含乙醇10%的混合汽油时，发动机的油耗会增加5%。

2、乙醇的汽化潜热大，理论空燃比下的蒸发温度大于常规汽油。影响混合气的形成及燃烧速度，导致汽车动力性，经济型，及冷启动性的下降，不利于汽车的加速性。

3、乙醇在燃烧过程中会产生乙酸，对汽车金属特别是铜有腐蚀作用。有关试验表明，在汽油中乙醇的含量在0～10%时，对金属基本没有腐蚀，但乙醇含量超过15%时，必须添加有效的腐蚀抑止剂。

4、乙醇是一种优良溶剂，易对汽车的密封橡胶及其他合成非金属材料产生轻微的腐蚀，溶涨，软化或龟裂作用。

5、乙醇易吸于水，车用乙醇汽油的含水量超过标准指标后，容易发生液相分离。

扩展资料：

国外乙醇燃料的发展现状

巴西是世界上最大的燃料乙醇生产和消费国，年产乙醇1000万吨以上，97%用于燃料，甘蔗是巴西生产乙醇的主要原料。巴西目前约40%的汽车以纯乙醇做燃料，其余的则以22%(体积比)的燃料乙醇和78%的车用汽油的混合物做燃料。巴西是全世界唯一不供应纯汽油的国家，因而使其有了“绿色能源之国”的美誉。

美国的燃料乙醇的产量仅次于巴西，主要用玉米生产乙醇。目前，在汽油中掺加10%乙醇的gasohol( 汽油醇) 在全美已经普遍使用。1996 年，美国国家地质综合考察部的一篇研究报告指出，作为汽油抗爆剂的MTBE( 甲基叔丁基醚) 对地下水质有污染。

目前美国已经禁止使用MTBE。由于含10%乙醇的汽油不要求改动汽车发动机，在减少空气污染方面与MTBE 有相同的效果，因此各乙醇生产公司对其发展持乐观态度。

在亚洲，泰国是第一个由政府开展全国生物燃料的国家。泰国由于石油95%依赖进口，使得外贸长期赤字。所以，在皇室和政府的积极推动下，短短的两年时间，就成功的开展了燃料乙醇的项目，主要是使用木薯为原料发酵生产乙醇。泰国的成功，影响了亚太地区其他国家，使众多东盟国家、韩国、澳洲等也开始积极实施乙醇燃料计划。

参考资料来源：百度百科-乙醇燃料

化性：和H2O加成，即乙烯水化成乙醇；

和H2、Cl2、HCl加成

制备：乙醇加浓硫酸170°脱水（140°成乙醚）

甲烷：物性：气体，密度比空气小，难溶于水，做燃料

化性：烷烃一般只有燃烧，即CH4与O2点燃

乙醇：物性：液体，能与水任意比混溶，易挥发，密度比水小，俗称酒精

化性：氧化，即与O2点燃生成水和CO2

和O2加热成醛，再氧化成酸

脱水：与浓硫酸加热170°制备乙烯（分子内脱水）

乙醇酸性比水弱，不和氢氧化钠反应

酯化：和酸反应成酯

乙酸：物性：液体，能与水任意比混溶，易挥发，俗称醋酸

化学：酸性比碳酸强

和醇在硫酸加热条件下脱水成酯

还原：先还原成乙醛，再加氢气成乙醇

望采纳，

乙酸和乙醇反应的化学方程式是：CH3COOH +CH3CH2OH==浓H2SO4加热==（可逆号）CH3COOCH2CH3 +H2O。酸和醇发生醋化反应，条件是浓硫酸加热条件下，生成醋和水。

乙酸在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体。 乙酸的熔点为16.6℃（289.6 K）。沸点117.9℃（391.2 K）。相对密度1.05，闪点39℃。

乙醇在常温常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，低毒性，纯液体不可直接饮用；具有特殊香味，并略带刺激；微甘，并伴有刺激的辛辣滋味。易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，能与水以任意比互溶。能与氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶。乙醇与甲醚互为同分异构体。

乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%~75%的乙醇作消毒剂等，在国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。

乙酸的制备可以通过人工合成和细菌发酵两种方法。生物合成法，即利用细菌发酵，仅占整个世界产量的10%，但是仍然是生产乙酸，尤其是醋的最重要的方法，因为很多国家的食品安全法规规定食物中的醋必须是通过生物法制备，而发酵法又分为有氧发酵法和无氧发酵法。 在氧气充足的情况下，醋杆菌属细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸。通常使用的是苹果酒或葡萄酒混合谷物、麦芽、米或马铃薯捣碎后发酵。由这些细菌发酵反应的化学方程式为：

C₂H5OH + O₂ →CH₃COOH + H₂O

具体做法是将醋菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液并保持一定温度，放置于一个通风的位置，在几个月内就能够经过发酵，最后生成醋。工业生产醋的方法通过提供充足的氧气使得反应过程加快，此方法已经被商业化生产采用，也被称为“快速方法”或“德国方法”，因为首次在德国1823年应用成功而因此得名。此方法中，发酵是在一个塞满了木屑或木炭的塔中进行。含有酒精的原料从塔的上方滴入，新鲜空气从下方自然进入或强制对流。强化的空气量使得此过程能够在几个星期内完成，大大缩短了制醋的时间。

Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提通过液态的细菌培养基制备醋。在此方法中，酒精在持续的搅拌中发酵为乙酸，空气通过气泡的形式被充入溶液。通过这个方法，含乙酸15%的醋能够在两至三天制备完成。 部分厌氧细菌，包括梭菌属的部分成员，能够将糖类直接转化为乙酸而不需要乙醇作为中间体。总体反应方程式如下：

C6H12O6==3 CH3COOH

此外，许多细菌能够从仅含单碳的化合物中生产乙酸，例如甲醇，一氧化碳或二氧化碳与氢气的混和物。

2 CO2 + 4 H2 →CH3COOH + 2 H2O

2 CO + 2 H2 →CH3COOH

梭菌属因为有能够反应糖类的能力，减少了成本，这意味着这些细菌有比醋菌属细菌的乙醇氧化法生产乙酸更有效率的潜力。然而，梭菌属细菌的耐酸性不及醋菌属细菌。耐酸性最大的梭菌属细菌也只能生产不到10%的乙酸，而有的醋酸菌能够生产20%的乙酸。使用醋酸属细菌制醋仍然比使用梭菌属细菌制备后浓缩更经济。所以，尽管梭菌属的细菌早在1940年就已经被发现，但它的工业应用范围较窄。

除了上述生物法外，工业用乙酸多采用如下方法合成： 大部分乙酸是通过甲基羰基化合成的。此反应中，甲醇和一氧化碳反应生成乙酸，方程式如下

CH3OH + CO →CH3COOH

这个过程是以碘代甲烷为中间体，分三个步骤完成，并且需要多金属成分的催化剂（第二步中）

⑴ CH₃OH + HI →CH₃I + H₂O

⑵ CH₃I + CO →CH₃COI

⑶ CH₃COI + H₂O →CH₃COOH + HI

通过控制反应条件，也可以通过同样的反应生成乙酸酐。因为一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料，所以甲基羰基化一直以来备受青睐。早在1925年，英国塞拉尼斯公司就开发出第一个甲基羰基化制乙酸的试点装置。然而，由于缺少能耐高压（200atm或更高）和耐腐蚀的容器，此方法的应用一直受到限制。1963年，德国巴斯夫化学公司用钴作催化剂，开发出第一个适合工业生产乙酸的工艺。1968年，铑催化剂的大大降低了反应难度。采用铑的羰基化合物和碘化物组成的催化剂体系，使甲醇和一氧化碳在水-乙酸的介质中在175℃和低于3兆帕的压力条件下反应，即可得到乙酸产品。因为催化剂的活性和选择性都比较高，所以反应的副产物很少。甲醇低压羰基化法制乙酸，具有原料价廉，操作条件缓和，乙酸产率高，产品质量好和工艺流程简单等优势，但反应介质有严重的腐蚀性，需要使用耐腐蚀的特殊材质。1970年，美国孟山都公司建造了采用此工艺的装置，因此铑催化甲基羰基化制乙酸逐渐成为支配性的孟山都法。90年代后期，英国石油成功的将Cativa催化法商业化，此方法采用钌催化剂，使用（[Ir(CO)₂I₂]），它比孟山都法更加绿色也有更高的效率。 在孟山都法商业生产之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。尽管不能与甲基羰基化相比，此法仍然是第二种工业制乙酸的方法，反应方程式如下：

2CH₃CHO+O₂→2CH₃COOH

乙醛可以通过氧化丁烷或轻石脑油制得，也可以通过乙烯水合后生成。 采用正丁烷为原料，以乙酸为溶剂，在170℃-180℃，5.5兆帕和乙酸钴催化剂存在下，用空气为氧化剂进行氧化。同时此方法也可采用液化石油气或轻质油为原料。此方法原料成本低，但工艺流程较长，腐蚀严重，乙酸收率不高，仅限于廉价异丁烷或液化石油气原料来源易得的地区采用。

2 C₄H₁₀ + 5 O₂ →4 CH₃COOH + 2 H₂O

此反应可以在能使丁烷保持液态的最高温度和压力下进行，副产物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因为部分副产物也有经济价值，所以可以调整反应条件使得副产物更多的生成，不过分离乙酸和副产物使得反应的成本增加。

在类似条件下，使用上述催化剂，乙醛能被空气中的氧气氧化生成乙酸：

2 CH₃CHO + O₂ →2 CH₃COOH

也能被 氢氧化铜悬浊液氧化：

2Cu(OH)₂+CH₃CHO→CH₃COOH+Cu₂O↓+2H₂O

使用新式催化剂，此反应能获得95%以上的乙酸产率。主要的副产物为乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因为副产物的沸点都比乙酸低，所以很容易通过蒸馏除去。 塞拉尼斯公司也是世界上最大的醋酸生产商之一。1978年，赫斯特-塞拉尼斯公司（现塞拉尼斯公司）在美国得州克莱尔湖工业化投运了孟山都法醋酸装置。1980年，塞拉尼斯公司推出AOPlus法（酸优化法）技术专利，大大改进了孟山都工艺。

AOPlus工艺通过加入高浓度无机碘（主要是碘化锂）以提高铑催化剂的稳定性，加入碘化锂和碘甲烷后，反应器中水浓度降低至4%～5%，但羰基化反应速率仍保持很高水平，从而极大地降低了装置的分离费用。催化剂组成的改变使反应器在低水浓度（4%～5%）下运行，提高了羰基化反应产率和分离提纯能力。 乙酸是大宗化工产品，是最重要的有机酸之一。主要可用于生产乙酸乙烯、乙酐、乙酸酯和乙酸纤维素等。聚乙酸乙烯酯可用来制备薄膜和粘合剂，也是合成纤维维纶的原料。乙酸纤维苏可制造人造丝和电影胶片。乙酸酯是优良的溶剂，广泛用于尤其工业。乙酸还可用来合成乙酐、丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯、卤代乙酸等，也可制造药物如阿司匹林、还可以用于生产乙酸盐等。在农药、医药和染料、照相药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛应用。

在食品工业中，乙酸用作酸化剂，增香剂和香料。制造食醋时，用水将乙酸稀释至4～5%浓度，添加各种调味剂而得食用醋。作为酸味剂，使用时适当稀释，可用于调饮料、罐头等，如制作蕃茄、芦笋、婴儿食品、沙丁鱼、鱿鱼等罐头，可制作软饮料，冷饮、糖果、焙烤食品、布丁类、胶媒糖、调味品等。

乙酸具有防腐剂的作用。1.5%就有明显的抑菌作作用。在3%范围以内，可避免霉斑引起的肉色变绿变黑。

2、易燃，加热至100℃ 即猛烈分解，遇火或受热、受震都可起爆。与还原剂、促进剂、有机物、可燃物等接触会发生剧烈反应，有燃烧爆炸的危险。有强腐蚀性。

3、过氧乙酸的闪点为41℃，即为有机过氧化物，又属于二级易燃液体；所以它即具有有机过氧化物的火灾爆炸危险性，又具有易燃液体的火灾危险性。

（1）具有高度的易燃性。本身易燃烧，所需的点火能量极小，在储存和使用过程中碰到明火、静电火花等极易引起燃烧或爆炸；同时能与可燃物反应并产生足够的热量，加之它分解后开释出的氧气能强烈助燃，终极可导致自燃、燃烧和发生爆炸。

（2）蒸气具有很强的爆炸性。由于其具有较强的挥发性，挥发的蒸气可与空气以任意浓度形成可燃爆炸混合物，遇明火即可引起燃烧爆炸。

（3）热膨胀性。被艳服于密闭容器内时，如储存环境温度高或受热、震动等因素的影响，可导致容器内蒸气压力增加，当超过容器的极限压力时，就会引起容器爆裂或爆炸，发生液体灼伤职员或发生火灾事故。

（4）活动性。活动性增加了它的火灾危险性，一旦发生泄漏，就会沿地势流淌，甚至进进管沟等处，当发生火灾时会造成火灾的扩大和蔓延。

（5）静电性。其在灌注、输送、运输、活动、搬运过程中，易产生静电，当静电集聚到一定程度时就会放电，引起着火或爆炸。

（6）对热、杂质、冲击、酸碱度、强光及震动、摩擦等极敏感，受冲击、热和电火花等易发生燃烧或爆炸；加热至110℃即猛烈分解爆炸，受震动时发生爆炸的灵敏度更大。

（7）在储存、运输和使用过程中，一旦与有机物、易燃物、酸碱、还原剂和无机氧化剂混合能发生剧烈反应，放出大量的氧、热量和水蒸气而引起燃烧或爆炸。

kt/a生产装置。

（1）乙酸酯化法

乙酸酯化法是传统的乙酸乙酯生产方法，在催化剂存在下，由乙酸和乙醇发生酯化反应而得。

CH3CH2OH+CH3COOH＝CH3COOCH2CH3+H2O

乙醇

乙酸

乙酸乙酯

水

反应除去生成水，可得到高收率。该法生产乙酸乙酯的主要缺点是成本高、设备腐蚀性强，在国际上是属于被淘汰的工艺路线。

（2）

乙醛缩合法

在催化剂乙醇铝的存在下，两个分子的乙醛自动氧化和缩合，重排形成一分子的乙酸乙酯。

2CH3CHO→CH3COOCH2CH3

乙醛

乙酸乙酯

该方法20世纪70年代在欧美、日本等地已形成了大规模的生产装置，在生产成本和环境保护等方面都有着明显的优势。

（3）乙醇脱氢法

采用铜基催化剂使乙醇脱氢生成粗乙酸乙酯，经高低压蒸馏除去共沸物，得到纯度为99.8%以上乙酸乙酯。

2C2H5OH→CH3COOCH2CH3+H2

乙醇

乙酸乙酯

氢

（4）

乙烯加成法

在以附载在二氧化硅等载体上的杂多酸金属盐或杂多酸为催化剂的存在下，乙烯气相水合后与气化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯。

CH2CH2+CH3COOH＝CH3COOCH2CH3

乙烯

乙酸

乙酸乙酯

该反应乙酸的单程转化率为66%，以乙烯计乙酸乙酯的选择性为94%。Rhone-Poulenc

、昭和电工和BP等跨国公司都开发了该生产工艺。