Question

【题目】甲烷、乙烯、环氧乙烷、丁烷都是重要的化工原料，用途广泛，回答下列问题：

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)若反应Ⅲ是在一定温度下可自发进行，则ΔH3______(填“＞”“＜”或“=”)0。

(2)热值是表示单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量，是燃料质量的一种重要指标。已知乙烯的热值为50.4kJ·g-1，则△H2=________kJ·mol-1。

(3)实验测得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逆为速率常数，只与温度有关)。

①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”) k逆增大的倍数。

②若在1L的密闭容器中充入1mol CH2=CH2(g)和1mol O2(g)，在一定温度下只发生反应Ⅰ，经过10min 反应达到平衡，CH2=CH2(g)的转化率为40%，则0~10min内，v(O2)=_________，=___________(保留两位有效数字)。

(4)下列有关环氧乙烷制备的说法正确的是________(填字母)。

A．由图1可知，进料气体的初始温度对环氧乙烷的选择性影响不大，可得出乙烯的转化率受初始温度的影响不大

B．由图2可知，原料气的流速加快，乙烯转化率下降，主要是原料气与催化剂接触时间过短造成

C．若进料气中氧气比例增大，环氧乙烷产率降低，其主要原因是部分乙烯、环氧乙烷转化为二氧化碳和水

图1环氧乙烷选择性与进料气体初始温度关系 图2乙烯转化率-环氧乙烷选择性与进料气体流速关系

(5)一种以天然气为物燃料的固体氧化物燃料电池的原理如图所示，其中YSZ为6%～10%Y2O3掺杂的ZrO2固体电解质。

a极上的电极反应式为_____________；若电路中转移0.1mol电子，则消耗标准状况下CH4的体积为_____________ 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)反应Ⅲ：2(g) +5O2(g)4CO2(g)+4H2O(l)是体系混乱度减小的反应，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0分析判断；

(2)结合热值计算乙烯的燃烧热，根据盖斯定律，将×(Ⅰ+Ⅲ)整理可得；

(3)①反应2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g)ΔH1＜0的正反应是放热反应，在其他条件不变时，升高温度，v正、v逆都增大，由于温度对吸热反应影响更大，结合v正=k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)，v逆=k逆·c2()分析判断；

②达到平衡时乙烯的转化率为40%，则参与反应的乙烯的物质的量为1mol×40%=0.4mol，根据反应计算氧气的物质的量进而计算v(O2)；反应达到平衡时，计算化学平衡常数K；由于反应达到平衡时，v正=v逆，所以k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)= k逆·c2()；

(4)A．根据图示可知，进料气体的初始温度对环氧乙烷的选择性影响不大，可能是温度对副反应的影响较小造成的，但不能得到初始温度对乙烯的转化率影响不大的结论；

B．流速越快，反应物接触时间越短，消耗乙烯的量越少；

C．若进料气中O2比例增大，环氧乙烷与氧发生副反应转化为氧化碳和水；

(5)根据图示可知在a电极通入甲烷为负极，失去电子发生氧化反应；根据电极反应计算CH4的物质的量，再利用V=nVm计算。

(1)反应Ⅲ：2(g) +5O2(g)4CO2(g)+4H2O(l)是体系混乱度减小的反应，ΔS＜0，若在一定温度下可自发进行，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0，ΔS＜0则ΔH＜0，即ΔH3＜0；

(2)热值是表示单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量，是燃料质量的一种重要指标。已知乙烯的热值为50.4kJ·g-1，则1mol乙烯的燃烧热为-50.4 kJ·g-1×28g/mol=-1411.2kJ·mol-1，根据盖斯定律，将×(Ⅰ+Ⅲ)整理可得，CH2=CH2(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=×(H1+ H3)= -1411.2kJ·mol-1；

(3)①反应2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g)ΔH1＜0的正反应是放热反应，在其他条件不变时，升高温度，v正、v逆都增大，由于温度对吸热反应影响更大，所以v逆增大的比v正最大的多，使得v正＜v逆，所以化学平衡向逆向移动，v正=k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)，v逆=k逆·c2()，因此达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数；

②根据方程式可知，乙烯与氧气反应的物质的量之比为span>2:1，由于开始时加入了1mol乙烯，达到平衡时乙烯的转化率为40%，则参与反应的乙烯的物质的量为1mol×40%=0.4mol，所以反应的氧气的物质的量为0.2mol，故0~10min内v(O2)==0.02mol/(Lmin)；反应达到平衡时c(CH2=CH2)==0.6mol/L，c(O2)== 0.8mol/L，c()==0.4mol/L，化学平衡常数K==；由于反应达到平衡时，v正=v逆，所以k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)= k逆·c2()，故==K==0.56；

(4)A．根据图示可知，进料气体的初始温度对环氧乙烷的选择性影响不大，可能是温度对副反应的影响较小造成的，但不能得到初始温度对乙烯的转化率影响不大的结论，实际上升高温度，物质转化率相对有较大影响，故A错误；

B．流速越快，反应物与催化剂接触时间越短，消耗乙烯的量越少，导致乙烯转化率下降，故B正确；

C．若进料气中O2比例增大，环氧乙烷产率降低，其主要原因是环氧乙烷与氧发生副反应转化为氧化碳和水，故C正确；

故答案选BC；

(5)根据图示可知，该装置为燃料电池，通入燃料的一极为负极，在a电极通入甲烷为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为CH4-8e- +4O2- =CO2+2H2O，每有1 molCH4发生反应，转移8 mol电子；若电路中转移0.1 mol电子，消耗CH4的物质的量为n(CH4)=×0.1 mol=0.0125 mol，其在标准状况下的体积V(CH4)=nVm=0.0125mol×22.4 L/mol=0.28 L。