Question

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

（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，負極的電極反應式為_____________；

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

①250℃時，催化劑的催化效率最大

②隨著溫度升高，乙烯的產率增大

③M點平衡常數比N點平衡常數大

④N點正反應速率一定大于M點正反應速率

⑤增大壓強可提高乙烯的體積分數

（3）甲烷裂解法制取乙炔的反應方程式為：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，幾種氣體平衡時分壓（Pa）與溫度（℃）之間的關系如圖所示。甲烷裂解可能發(fā)生的反應有：2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g），2CH4(g）C2H4(g）+2H2(g）。

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

②1725℃時，反應2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）的平衡常數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物乙烯生成。為提高甲烷制乙炔的產率，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，負極上乙炔失電子和氫氧根離子反應生成CO32-和水，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，負極的電極反應式為：C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O 答案為：C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O

（2）①由圖像可知，250℃時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化率減低，則升溫平衡逆向移動，乙烯的產率減小，故②不正確；③升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M點化學平衡常數大于點N點，故③正確；④N點的溫度高，但催化劑的催化效率低；M點的催化劑的催化效率高，但溫度低，所以N點正反應速率不一定大于M點正反應速率，故④不正確；⑤增大壓強化學平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正方向移動，所以增大壓強可提高乙烯的體積分數，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，設有n1mol CH4轉化為C2H2，根據方程式2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）可得：n（C2H2）= 0.5n1 mol；設有n2mol CH4轉化為C2H4，根據方程式2CH4(g）C2H4(g）+2H2(g）可得n（C2H4）=0.5n2 mol。已知1725℃時，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，由壓強之比等于物質的量之比可得：②n（C2H2）/ n（C2H4）=P/Pa=10,由①和②聯(lián)立可解得n1=n2= mol。所以CH4的轉化率=,答案為：62.5%

②1725℃時，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物乙烯生成，充入適量的乙烯，可抑制甲烷向乙烯的轉化，從而提高甲烷制乙炔的轉化率，答案為：可以充入適量的乙烯。