Question

【題目】乙炔（CH≡CH）是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于焊割、燃料電池及有機(jī)合成等。

（1）乙炔-空氣燃料電池是一種堿性（20%-30%的KOH溶液）燃料電池。電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________；

（2）科學(xué)家利用“組合轉(zhuǎn)化技術(shù)”，將乙炔燃燒產(chǎn)物CO2轉(zhuǎn)化成乙烯，反應(yīng)式為：6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)下圖為溫度對CO2平衡轉(zhuǎn)化率、催化劑催化效率的影響。下列說法正確的是_____(填序號)

①250℃時(shí)，催化劑的催化效率最大

②隨著溫度升高，乙烯的產(chǎn)率增大

③M點(diǎn)平衡常數(shù)比N點(diǎn)平衡常數(shù)大

④N點(diǎn)正反應(yīng)速率一定大于M點(diǎn)正反應(yīng)速率

⑤增大壓強(qiáng)可提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)

（3）甲烷裂解法制取乙炔的反應(yīng)方程式為：2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）。已知：

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H1= a kJ·mol-1

C2H2（g）+2.5O2（g）=2CO2（g）+H2O（l） △H2= b kJ·mol-1

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l） △H3= c kJ·mol-1

則2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g） △H=______kJ·mol-1

（4）哈斯特研究發(fā)現(xiàn)：甲烷裂解時(shí)，幾種氣體平衡時(shí)分壓（Pa）與溫度（℃）之間的關(guān)系如圖所示。甲烷裂解可能發(fā)生的反應(yīng)有：2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g），2CH4(g）C2H4(g）+2H2(g）。

①1725℃時(shí)，向1L恒容密閉容器中充入0.3molCH4，達(dá)到平衡時(shí)，測得c（C2H2）=c（CH4）。則CH4生成C2H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_______；

②1725℃時(shí)，反應(yīng)2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）的平衡常數(shù)Kp=_________（用平衡分壓代替平衡濃度）；

③由圖可知，甲烷裂解制乙炔有副產(chǎn)物乙烯生成。為提高甲烷制乙炔的產(chǎn)率，除改變溫度外，還可采取的措施有_______。

Answer 1

【答案】 C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O ①③⑤ （2a-b-1.5c） 1×1013 62.5% 可以充入適量的乙烯

【解析】（1）乙炔-空氣燃料電池放電時(shí)，負(fù)極上乙炔失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成CO32-和水，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O 答案為：C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O

（2）①由圖像可知，250℃時(shí)催化劑的催化效率最大，故①正確；②升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，乙烯的產(chǎn)率減小，故②不正確；③升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M點(diǎn)化學(xué)平衡常數(shù)大于點(diǎn)N點(diǎn)，故③正確；④N點(diǎn)的溫度高，但催化劑的催化效率低；M點(diǎn)的催化劑的催化效率高，但溫度低，所以N點(diǎn)正反應(yīng)速率不一定大于M點(diǎn)正反應(yīng)速率，故④不正確；⑤增大壓強(qiáng)化學(xué)平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正方向移動，所以增大壓強(qiáng)可提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)，故⑤正確；故答案為：①③⑤

（3）已知①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJmol1.

②C2H2(g)+2.5O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H2=bkJ/mol

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H3=ckJ/mol，

將①×2②③×可得：2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）△H=（2a-b-1.5c）kJ·mol-1

答案為：（2a-b-1.5c）kJ·mol-1

（4）①1725℃時(shí)，設(shè)有n1mol CH4轉(zhuǎn)化為C2H2，根據(jù)方程式2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）可得：n（C2H2）= 0.5n1 mol；設(shè)有n2mol CH4轉(zhuǎn)化為C2H4，根據(jù)方程式2CH4(g）C2H4(g）+2H2(g）可得n（C2H4）=0.5n2 mol。已知1725℃時(shí)，c（C2H2）=c（CH4），所以可得①0.5n1=0.3- n1- n2；由圖像可知P(C2H4)=Pa 、 P(C2H2)=Pa，由壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可得：②n（C2H2）/ n（C2H4）=P/Pa=10,由①和②聯(lián)立可解得n1=n2= mol。所以CH4的轉(zhuǎn)化率=,答案為：62.5%

②1725℃時(shí)，由圖像可知：P(CH4)=Pa、P(C2H2)=Pa、P(H2)=Pa，Kp=== 1×1013.答案為：1×1013

③甲烷裂解制乙炔有副產(chǎn)物乙烯生成，充入適量的乙烯，可抑制甲烷向乙烯的轉(zhuǎn)化，從而提高甲烷制乙炔的轉(zhuǎn)化率，答案為：可以充入適量的乙烯。