Question

【題目】天然氣的主要成分為CH4，一般還含有C2H6等烴類，是重要的燃料和化工原料。

(1)乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：C2H6(g)= C2H4(g)+H2(g) ΔH，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示：

物質(zhì)	C2H6(g)	C2H4(g)	H2(g)
燃燒熱ΔH/( kJ·mol1)	-1560	-1411	-286

①ΔH=_________kJ·mol1。

②提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有_________、_________。

③容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓下(p)發(fā)生上述反應(yīng)，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α。反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(2)高溫下，甲烷生成乙烷的反應(yīng)如下：2CH4C2H6+H2。反應(yīng)在初期階段的速率方程為：r=k×，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)。

①設(shè)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的反應(yīng)速率為r1，甲烷的轉(zhuǎn)化率為α時(shí)的反應(yīng)速率為r2，則r2=_____ r1。

②對(duì)于處于初期階段的該反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是_________。

A．增加甲烷濃度，r增大 B．增加H2濃度，r增大

C．乙烷的生成速率逐漸增大 D．降低反應(yīng)溫度，k減小

(3)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如下圖所示：

①陰極上的反應(yīng)式為_________。

②若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1，則消耗的CH4和CO2體積比為_________。

Answer 1

【答案】137 升高溫度 減小壓強(qiáng)(增大體積) 1－α AD CO2+2e=CO+O2 6∶5

【解析】

(1) ①先寫(xiě)出三種氣體的燃燒熱的熱化學(xué)方程式，然后根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)反應(yīng)的H；

②反應(yīng)C2H6(g)C2H4(g) + H2(g)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度、減小壓強(qiáng)平衡等都向正反應(yīng)方向移動(dòng)；

③根據(jù)已知乙烷的轉(zhuǎn)化率，設(shè)起始時(shí)加入的乙烷和氫氣各為1mol，列出三段式，求出平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓，帶入平衡常數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算；

(2) ①根據(jù)r=k×，若r1=kc，甲烷轉(zhuǎn)化率為甲烷的濃度為c(1-)，則r2= kc(1-)；

②根據(jù)反應(yīng)初期的速率方程為：r=k×，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)，據(jù)此分析速率變化的影響因素；

(3) ①由圖可知，CO2在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)傳到O2-，據(jù)此寫(xiě)出電極反應(yīng)；

②令生成乙烯和乙烷分別為2體積和1體積，根據(jù)阿伏加德羅定律，同溫同壓下，氣體體積比等于物質(zhì)的量之比，再根據(jù)得失電子守恒，得到發(fā)生的總反應(yīng)，進(jìn)而計(jì)算出為消耗CH4和CO2的體積比。

(1)①由表中燃燒熱數(shù)值可知：

①C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g) +3H2O(l) H1= -1560kJmol-1；②C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g) +2H2O(l) H2= -1411kJmol-1；③H2(g)+O2(g)=H2O(l) H3= -286kJmol-1；根據(jù)蓋斯定律可知，①-②-③得C2H6(g) =C2H4(g) + H2(g)，則H= H1-H2-H3=( -1560kJmol-1)-( -1411kJmol-1)- ( -286kJmol-1)=137kJmol-1，故答案為137；

②反應(yīng)C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度、減小壓強(qiáng)平衡都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有升高溫度、減小壓強(qiáng)（增大體積）；

③設(shè)起始時(shí)加入的乙烷和氫氣各為1mol，列出三段式，

C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)

起始（mol） 1 0 1

轉(zhuǎn)化（mol） α α

平衡（mol） 1- 1+

平衡時(shí)，C2H6、C2H4和H2平衡分壓分別為p、p和p，則反應(yīng)的平衡常數(shù)為Kp=；

(2) ①根據(jù)r=k×，若r1= kc，甲烷轉(zhuǎn)化率為甲烷的濃度為c(1-)，則r2= kc(1-)，所以r2=(1-)r1；

②A.增大反應(yīng)物濃度反應(yīng)速率增大，故A說(shuō)法正確；

B.由速率方程可知，初期階段的反應(yīng)速率與氫氣濃度無(wú)關(guān)，故B說(shuō)法錯(cuò)誤；

C．反應(yīng)物甲烷的濃度逐漸減小，結(jié)合速率方程可知，乙烷的生成速率逐漸減小，故C說(shuō)法錯(cuò)誤；

D．化學(xué)反應(yīng)速率與溫度有關(guān)，溫度降低，反應(yīng)速率常數(shù)減小，故D正確。

答案選AD。

(3) ①由圖可知，CO2在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為CO2+2e-=CO+O2-；

②令生成乙烯和乙烷分別為2體積和1體積，根據(jù)阿伏加德羅定律，同溫同壓下，氣體體積比等于物質(zhì)的量之比，再根據(jù)得失電子守恒，得到發(fā)生的總反應(yīng)為：6CH4+5CO2=2C2H4+ C2H6+5H2O+5CO，即消耗CH4和CO2的體積比為6:5。故答案為：6:5。