問題詳情:
天然氣是重要的燃料和化工原料(主要成分為CH4,含少量C2H6等烴類)。
(1)乙*在一定條件可發生如下反應:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)ΔH1,相關物質的燃燒熱數據如下表所示:
物質 | C2H6(g) | C2H4(g) | H2(g) |
燃燒熱ΔH/(kJ·mol−1) | -1560 | -1411 | -286 |
①ΔH1=___kJ·mol−1。
②提高該反應平衡轉化率的方法有___(至少寫出兩種方法)。
③體積為VL容器中通入1mol乙*、1mol*氣,乙*的平衡轉化率為α。反應的平衡常數K=___。
(2)高温下,**生成乙*的反應如下:2CH4→C2H6+H2。反應的速率方程為r=k×c(CH4)(其中r為反應速率,k為反應速率常數、只與温度有關)。
①設反應開始時的反應速率為r1,平衡時的反應速率r2=0.25r1,則**平衡轉化率為___。
②下列有關該反應説法不正確的是___。
A.增加乙*濃度,r增大 B.升高温度,k增大
C.H2的生成速率逐漸增大 D.增加**濃度,r增大
(3)CH4和CO2都是比較穩定的分子,科學家利用電解裝置實現兩種分子的耦合轉化,其原理如圖所示:
①電極A為___,寫出電極B上生成C2H6的電極反應式:___。
②若生成的乙*和乙烯的體積比為2∶1,則消耗的CH4和CO2體積比為___。
【回答】
137 升高温度或減小壓強(增大體積)或將產物及時從容器中分離 75% AC *極 2CH4-2e-+O2-=C2H6+H2O 3∶2
【詳解】
(1)①由表中燃燒熱數值可得燃燒的熱化學方程式為:a、C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g) +3H2O(l) ∆H1= -1560kJ∙mol-1,b、C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g) +2H2O(l) ∆H2= -1411kJ∙mol-1,c、H2(g)+O2(g)=H2O(l) ∆H3= -286kJ∙mol-1,由蓋斯定律可知,a-b-c可得C2H6(g)=C2H4(g) + H2(g),則∆H= ∆H1-∆H2-∆H3=( -1560kJ∙mol-1)-( -1411kJ∙mol-1)- ( -286kJ∙mol-1)=137kJ∙mol-1,故*為137;
②該反應為氣體體積增大的吸熱反應,升高温度、減小壓強、將產物及時從容器中分離等措施能使平衡向正反應方向移動,提高乙*的平衡轉化率,故*為:升高温度或減小壓強(增大體積)或將產物及時從容器中分離;
③設起始時加入的乙*和*氣各為1mol,由題意可建立如下三段式:
則反應的平衡常數為K===,故*為:;
(2)①設**的起始濃度為c,平衡時轉化率為x,則平衡時**的濃度為(c—cx),由r2=0.25r1可得:k×(c—cx)=0.25k×c,解得x=0.75,即75%,故*為:75%;
②A.由速率方程可知,反應速率與*氣濃度無關,增加乙*濃度,反應速率不變,故錯誤;
B.升高温度,化學反應速率增大,則只與温度有關的反應速率常數k增大,故正確;
C.反應時,反應物**的濃度逐漸減小,由速率方程可知,*氣的生成速率逐漸減小,故錯誤;
D.增加反應物**的濃度,由速率方程可知,反應速率增大,故正確;
AC錯誤,故*為:AC;
(3)①由圖可知,二氧化碳轉化為一氧化碳時,碳元素的化合價降低被還原,二氧化碳發生還原反應,則通入二氧化碳的A極為電解池的*極,B極為陽極,乙*在陽極上失去電子發生氧化反應生成乙*或乙烯,生成乙*的電極反應式為2CH4-2e-+O2-=C2H6+H2O,故*為:2CH4-2e-+O2-=C2H6+H2O;
②同温同壓下,氣體體積比等於物質的量之比,設生成的乙*和乙烯的物質的量分別為2mol和1mol,由碳原子個數守恆可知,**的物質的量為6mol,設二氧化碳的物質的量為a,由得失電子數目守恆可得:2mol×2+1mol×4=amol×2,解得a=4,則消耗的**和二氧化碳的體積比為6mol:4mol=3:2,故*為:3:2。
知識點:化學反應熱的計算
題型:綜合題