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，回答下列問題：

已知：Ⅰ．2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g) ΔH1＜0

Ⅱ．CH2=CH2(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2

Ⅲ．2(g) +5O2(g) 4CO2(g)+4H2O(l) ΔH3

(1)若反應(yīng)Ⅲ是在一定溫度下可自發(fā)進行，則ΔH3______(填“＞”“＜”或“=”)0。

(2)熱值是表示單位質(zhì)量的燃料完全燃燒時所放出的熱量，是燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo)。已知乙烯的熱值為50.4kJ·g-1，則△H2=________kJ·mol-1。

(3)實驗測得2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g) ΔH1＜0中，v正=k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)，v逆=k逆·c2()(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))。

①達到平衡后，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1L的密閉容器中充入1mol CH2=CH2(g)和1mol O2(g)，在一定溫度下只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，經(jīng)過10min 反應(yīng)達到平衡，CH2=CH2(g)的轉(zhuǎn)化率為40%，則0~10min內(nèi)，v(O2)=_________，=___________(保留兩位有效數(shù)字)。

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

A．由圖1可知，進料氣體的初始溫度對環(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間過短造成

C．若進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

圖1環(huán)氧乙烷選擇性與進料氣體初始溫度關(guān)系 圖2乙烯轉(zhuǎn)化率-環(huán)氧乙烷選擇性與進料氣體流速關(guān)系

(5)一種以天然氣為物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0.1mol電子，則消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH4的體積為_____________ L。

Answer 1

【答案】＜ -1411.2 小于 0.02mol/(Lmin) 0.56 BC CH4-8e- +4O2- =CO2+2H2O 0.28

【解析】

(1)反應(yīng)Ⅲ：2(g) +5O2(g)4CO2(g)+4H2O(l)是體系混亂度減小的反應(yīng)，根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS＜0分析判斷；

(2)結(jié)合熱值計算乙烯的燃燒熱，根據(jù)蓋斯定律，將×(Ⅰ+Ⅲ)整理可得；

(3)①反應(yīng)2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g)ΔH1＜0的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在其他條件不變時，升高溫度，v正、v逆都增大，由于溫度對吸熱反應(yīng)影響更大，結(jié)合v正=k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)，v逆=k逆·c2()分析判斷；

②達到平衡時乙烯的轉(zhuǎn)化率為40%，則參與反應(yīng)的乙烯的物質(zhì)的量為1mol×40%=0.4mol，根據(jù)反應(yīng)計算氧氣的物質(zhì)的量進而計算v(O2)；反應(yīng)達到平衡時，計算化學(xué)平衡常數(shù)K；由于反應(yīng)達到平衡時，v正=v逆，所以k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)= k逆·c2()；

(4)A．根據(jù)圖示可知，進料氣體的初始溫度對環(huán)氧乙烷的選擇性影響不大，可能是溫度對副反應(yīng)的影響較小造成的，但不能得到初始溫度對乙烯的轉(zhuǎn)化率影響不大的結(jié)論；

B．流速越快，反應(yīng)物接觸時間越短，消耗乙烯的量越少；

C．若進料氣中O2比例增大，環(huán)氧乙烷與氧發(fā)生副反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氧化碳和水；

(5)根據(jù)圖示可知在a電極通入甲烷為負極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；根據(jù)電極反應(yīng)計算CH4的物質(zhì)的量，再利用V=nVm計算。

(1)反應(yīng)Ⅲ：2(g) +5O2(g)4CO2(g)+4H2O(l)是體系混亂度減小的反應(yīng)，ΔS＜0，若在一定溫度下可自發(fā)進行，根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS＜0，ΔS＜0則ΔH＜0，即ΔH3＜0；

(2)熱值是表示單位質(zhì)量的燃料完全燃燒時所放出的熱量，是燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo)。已知乙烯的熱值為50.4kJ·g-1，則1mol乙烯的燃燒熱為-50.4 kJ·g-1×28g/mol=-1411.2kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，將×(Ⅰ+Ⅲ)整理可得，CH2=CH2(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=×(H1+ H3)= -1411.2kJ·mol-1；

(3)①反應(yīng)2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g)ΔH1＜0的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在其他條件不變時，升高溫度，v正、v逆都增大，由于溫度對吸熱反應(yīng)影響更大，所以v逆增大的比v正最大的多，使得v正＜v逆，所以化學(xué)平衡向逆向移動，v正=k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)，v逆=k逆·c2()，因此達到平衡后，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)的量之比為span>2:1，由于開始時加入了1mol乙烯，達到平衡時乙烯的轉(zhuǎn)化率為40%，則參與反應(yīng)的乙烯的物質(zhì)的量為1mol×40%=0.4mol，所以反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.2mol，故0~10min內(nèi)v(O2)==0.02mol/(Lmin)；反應(yīng)達到平衡時c(CH2=CH2)==0.6mol/L，c(O2)== 0.8mol/L，c()==0.4mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K==；由于反應(yīng)達到平衡時，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，進料氣體的初始溫度對環(huán)氧乙烷的選擇性影響不大，可能是溫度對副反應(yīng)的影響較小造成的，但不能得到初始溫度對乙烯的轉(zhuǎn)化率影響不大的結(jié)論，實際上升高溫度，物質(zhì)轉(zhuǎn)化率相對有較大影響，故A錯誤；

B．流速越快，反應(yīng)物與催化劑接觸時間越短，消耗乙烯的量越少，導(dǎo)致乙烯轉(zhuǎn)化率下降，故B正確；

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

故答案選BC；

(5)根據(jù)圖示可知，該裝置為燃料電池，通入燃料的一極為負極，在a電極通入甲烷為負極，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)=nVm=0.0125mol×22.4 L/mol=0.28 L。