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天然气是重要的燃料和化工原料(主要成分为CH4,含少量C2H6等烃类)。
(1)乙*在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:
物质 | C2H6(g) | C2H4(g) | H2(g) |
燃烧热ΔH/(kJ·mol−1) | -1560 | -1411 | -286 |
①ΔH1=___kJ·mol−1。
②提高该反应平衡转化率的方法有___(至少写出两种方法)。
③体积为VL容器中通入1mol乙*、1mol*气,乙*的平衡转化率为α。反应的平衡常数K=___。
(2)高温下,**生成乙*的反应如下:2CH4→C2H6+H2。反应的速率方程为r=k×c(CH4)(其中r为反应速率,k为反应速率常数、只与温度有关)。
①设反应开始时的反应速率为r1,平衡时的反应速率r2=0.25r1,则**平衡转化率为___。
②下列有关该反应说法不正确的是___。
A.增加乙*浓度,r增大 B.升高温度,k增大
C.H2的生成速率逐渐增大 D.增加**浓度,r增大
(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电解装置实现两种分子的耦合转化,其原理如图所示:
①电极A为___,写出电极B上生成C2H6的电极反应式:___。
②若生成的乙*和乙烯的体积比为2∶1,则消耗的CH4和CO2体积比为___。
【回答】
137 升高温度或减小压强(增大体积)或将产物及时从容器中分离 75% AC *极 2CH4-2e-+O2-=C2H6+H2O 3∶2
【详解】
(1)①由表中燃烧热数值可得燃烧的热化学方程式为: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,由盖斯定律可知,a-b-c可得C2H6(g)=C2H4(g) + H2(g),则∆H= ∆H1-∆H2-∆H3=( -1560kJ∙mol-1)-( -1411kJ∙mol-1)- ( -286kJ∙mol-1)=137kJ∙mol-1,故*为137;
②该反应为气体体积增大的吸热反应,升高温度、减小压强、将产物及时从容器中分离等措施能使平衡向正反应方向移动,提高乙*的平衡转化率,故*为:升高温度或减小压强(增大体积)或将产物及时从容器中分离;
③设起始时加入的乙*和*气各为1mol,由题意可建立如下三段式:
则反应的平衡常数为K===,故*为:;
(2)①设**的起始浓度为c,平衡时转化率为x,则平衡时**的浓度为(c—cx),由r2=0.25r1可得:k×(c—cx)=0.25k×c,解得x=0.75,即75%,故*为:75%;
②A.由速率方程可知,反应速率与*气浓度无关,增加乙*浓度,反应速率不变,故错误;
B.升高温度,化学反应速率增大,则只与温度有关的反应速率常数k增大,故正确;
C.反应时,反应物**的浓度逐渐减小,由速率方程可知,*气的生成速率逐渐减小,故错误;
D.增加反应物**的浓度,由速率方程可知,反应速率增大,故正确;
AC错误,故*为:AC;
(3)①由图可知,二氧化碳转化为一氧化碳时,碳元素的化合价降低被还原,二氧化碳发生还原反应,则通入二氧化碳的A极为电解池的*极,B极为阳极,乙*在阳极上失去电子发生氧化反应生成乙*或乙烯,生成乙*的电极反应式为2CH4-2e-+O2-=C2H6+H2O,故*为:2CH4-2e-+O2-=C2H6+H2O;
②同温同压下,气体体积比等于物质的量之比,设生成的乙*和乙烯的物质的量分别为2mol和1mol,由碳原子个数守恒可知,**的物质的量为6mol,设二氧化碳的物质的量为a,由得失电子数目守恒可得:2mol×2+1mol×4=amol×2,解得a=4,则消耗的**和二氧化碳的体积比为6mol:4mol=3:2,故*为:3:2。
知识点:化学反应热的计算
题型:综合题
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