Question

【題目】甲烷、乙烯、環(huán)氧乙烷、丁烷都是重要的化工原料，用途廣泛。回答下列問(wèn)題：

已知：I.2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g) △H1=-206.6 kJ·mol-1

II.CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(1) △H2

III.2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+4H2O(1) △H3

(1)若反應(yīng)Ⅲ在一定溫度下可自發(fā)進(jìn)行，則△H3_____(填“＞”“＜”或“=”)0。

(2)熱值是表示單位質(zhì)量的燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量，是燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo)。已知乙烯的熱值為50.4 kJg-1，則△H3=___kJmol-1。

(3)實(shí)驗(yàn)測(cè)得2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g) △H1＜0中，v逆=k逆c2()，v正=k正c2(CH2=CH2)c(O2)(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))。

①達(dá)到平衡后，僅升高溫度，k正增大的倍數(shù)_____(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍數(shù)。

②若在1 L的密閉容器中充入1 mol CH2=CH2(g)和1 mo1O2(g)，在一定溫度下只發(fā)生反應(yīng)I，經(jīng)過(guò)10 min反應(yīng)達(dá)到平衡，CH2=CH2(g)的轉(zhuǎn)化率為40%，則010 min內(nèi)v(O2)=_________，=______(保留兩位有效數(shù)字)。

(4)下列有關(guān)環(huán)氧乙烷制備的說(shuō)法正確的是_____(填字母)。

A.由圖1可知，進(jìn)料氣體的初始溫度對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇性影響不大，可得出乙烯的轉(zhuǎn)化率受初始溫度的影響不大

B.由圖2可知，原料氣的流速加快，乙烯轉(zhuǎn)化率下降，主要是原料氣與催化劑接觸時(shí)間過(guò)短造成

C.若進(jìn)料氣中氧氣比例增大，環(huán)氧乙烷產(chǎn)率降低，其主要原因是部分乙烯、環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水

(5)一種以天然氣為燃料的固體氧化物燃料電池的原理如圖所示，其中YSZ為6%～10%Y2O3摻雜的ZrO2固體電解質(zhì)。

a極上的電極反應(yīng)式為_____；若電路中轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，則消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH4的體積為_____L。

Answer 1

【答案】＜ -2615.8 小于 0.02 mol/(L·min) 0.56 BC CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 0.28

【解析】

(1)反應(yīng)Ⅲ是體系混亂程度減少的反應(yīng)△S＜0，若在一定溫度下反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△G=△H-T△S＜0，△S＜0，則△H＜0；

(2)乙烯的熱值為50.4 kJg-1，則1 mol乙烯的燃燒熱為-50.4 kJg-1×28 g/mol=-1411.2 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將(I+III)÷2，整理可得CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(1)，△H==-1411.2 kJ/mol，所以△H3=2△H-△H1=2×(-1411.2 kJ/mol)-(-206.6 kJ/mol)=-2615.8 kJ/mol；

(3)反應(yīng)2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g) △H1＜0的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在其他條件不變時(shí)，升高溫度，v正、v逆都增大，由于溫度對(duì)吸熱反應(yīng)影響更大，所以v逆增大的比v正增大的多，使得v正＜v逆，所以化學(xué)平衡逆向移動(dòng)。v逆=k逆c2()，v正=k正c2(CH2=CH2)c(O2)，因此達(dá)到平衡后，僅升高溫度，k正增大的倍數(shù)小于k逆增大的倍數(shù)；

②根據(jù)方程式可知乙烯與氧氣反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是2：1，由于開(kāi)始時(shí)加入了1 mol乙烯，達(dá)到平衡時(shí)乙烯轉(zhuǎn)化率為40%，則反應(yīng)的乙烯的物質(zhì)的量為1 mol×40%=0.4 mol，所以反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量是0.2 mol，故010 min內(nèi)v(O2)==0.02 mol/(L·min)；反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)c(CH2=CH2)=(1 mol-0.4 mol)÷1 L=0.6 mol/L，c(O2)=(1 mol-0.2mol)÷1 L=0.8 mol/L，c()=0.4 mol÷1 L=0.4 mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K==；由于反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)v正=v逆，所以k正c2(CH2=CH2)c(O2)= k逆c2()，故==K==0.56；

(4)A．根據(jù)圖示可知，進(jìn)料氣體的初始溫度對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇性影響不大，可能是溫度對(duì)副反應(yīng)的影響較小造成的，但不能得到初始溫度對(duì)乙烯的轉(zhuǎn)化率影響不大的結(jié)論，實(shí)際上升高溫度，物質(zhì)轉(zhuǎn)化率相對(duì)有較大影響，A錯(cuò)誤；

B．流速越快，反應(yīng)物接觸時(shí)間越短，消耗乙烯的量越少，導(dǎo)致乙烯轉(zhuǎn)化率下降，B正確；

C．若進(jìn)料氣中O2比例增大，環(huán)氧乙烷產(chǎn)率降低，其主要原因是環(huán)氧乙烷與氧氣發(fā)生副反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，C正確；

故合理選項(xiàng)是BC；

(5)根據(jù)圖示可知在a電極通入甲烷為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O，每有1 molCH4發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)移8 mol電子；若電路中轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗CH4的物質(zhì)的量為n(CH4)=×0.1 mol=0.0125 mol，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V(CH4)=n·Vm=0.0125 mol×22.4 L/mol=0.28 L。