[题目]中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯.甲烷在催化作用下脱氢,在气相中经自由基偶联反应生成乙烯.其反应如下: 2CH4(g) C2H4(g) +2H2(g) ΔH>0化学键H-HC-HC = CC-CEabcd (1)已知相关化学键的键能如上表.甲烷制备乙烯反应的ΔH= (用含a.b.c.d的代数式表示).(2)T1温度时.向1 L的恒容� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

【题目】中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢,在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，其反应如下： 2CH4(g) C2H4(g) +2H2(g) ΔH>0

化学键	H—H	C—H	C = C	C—C
E(kJ / mol)	a	b	c	d

(1)已知相关化学键的键能如上表，甲烷制备乙烯反应的ΔH=___________ (用含a.b.c.d的代数式表示)。

(2)T1温度时，向1 L的恒容反应器中充入2 molCH4 ,仅发生上述反应，反应过程中 0~15 min CH4的物质的量随时间变化如图1所示，测得10-15 min时H2的浓度为1.6 mol/L。

①0~ 10 min内CH4表示的反应速率为____mol/(Lmin) o

②若图中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，达到平衡过程中n (CH4)变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是 ________ (填"a"或 “b”)。

③15 min时,若改变外界反应条件,导致n( CH4)发生图中所示变化，则改变的条件可能是_____(任答一条即可)。

(3)实验测得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4).c2(H2) 其中K正、K逆为速率常数仅与温度有关，T1温度时k正与K逆的比值为______ (填数值)。若将温度由T1升高到T2,则反应速率增大的倍数V正 ____V逆(填“>”“＝”或“<”)，判断的理由是__________

(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图2所示，电解质是掺杂了 Y2O3与 ZrO2的固体，可在高温下传导O2-

①C极的Pt为_______ 极(选填“阳”或“阴” )。

②该电池工作时负极反应方程式为_____________________ 。

③用该电池电解饱和食盐水，一段时间后收集到标况下气体总体积为112 mL,则阴极区所得溶液c(OH—)=_______ (假设电解前后溶液的体积均为500 mL)。

【答案】+ (4b-c-2a) kJmoL-1 0.16 b 升高温度或减小压强或减小某一生成物浓度 12.8 ＞该反应ΔH＞0，温度升高，平衡向正反应方向移动，即V正 > V逆，也就是k正增大的倍数大于k逆阳 CH4－8e－+4O2－=CO2+2H2O 0.01mol·L－1

【解析】

⑴根据焓变公式进行计算。

⑵已知氢气的浓度，可以先算氢气的速率，再算甲烷的速率，根据图像分析表面积越大，催化效果越好，甲烷的量在减少，说明平衡正向移动，可以通过减小压强，升高温度等来影响平衡移动。

⑶通过平衡是速率相等计算，升高温度，平衡正向移动，正反应速率比逆反应速率增加得快。

⑷原电池中燃料作负极，氧化剂作正极，连接正极的是电解池的阳极，根据电解质书写负极电极反应，再根据电解方程式计算氢氧根浓度。

⑴焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和，ΔH=(8b －4b －c－2a) kJmoL-1 = + (4b－c－2a) kJmoL-1，故答案为：+ (4b－c－2a) kJmoL-1。

(2)①0~ 10 min内氢气的反应速率为，甲烷的速率等于氢气的速率，因此CH4的速率0.16molL-1min-1，故答案为：0.16molL-1min-1。

②若图中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，达到平衡过程中n (CH4)变化曲线，其中表示催化剂表面积较大则催化效果更好，反应速率更快，因此催化剂表面积较大的曲线是b，故答案为：b。

③根据图像得出甲烷的物质的量减小，说明正向移动，则可能是升高温度或减小压强或减小某一生成物浓度，故答案为：升高温度或减小压强或减小某一生成物浓度。

(3)实验测得v正=k正c2(CH4)，v逆=k逆c(C2H4).c2(H2)，T1温度时v正= v逆，此时氢气浓度为1.6 mol/L，则甲烷浓度改变量为1.6 mol/L，乙烯改变量为0.8 mol/L，则甲烷平衡时浓度为0.4 mol/L，乙烯平衡时浓度为0.8 mol/L，，k正与K逆的比值为12.8。若将温度由T1升高到T2，该反应ΔH＞0，温度升高，平衡向正反应方向移动，V正>V逆，则反应速率增大的倍数V正 >V逆，判断的理由是该反应ΔH＞0，温度升高，平衡向正反应方向移动，即V正 > V逆，也就是k正增大的倍数大于k逆，故答案为：＞；该反应ΔH＞0，温度升高，平衡向正反应方向移动，即V正 > V逆，也就是k正增大的倍数大于k逆。

(4)①根据分析原电池中燃料甲烷作负极，氧气作正极，连接正极的C极的Pt为阳极，故答案为：阳。

②原电池工作时负极为甲烷，其反应方程式为CH4－8e－+4O2－= CO2+2H2O，故答案为：CH4－8e－+4O2－= CO2+2H2O。

③电解饱和食盐水，生成氢气和氧气物质的量相等，电解反应方程式为2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑+ Cl2↑，一段时间后收集到标况下气体总体积为112 mL即0.005 mol气体，根据方程式关系，阴极区所得溶液n(OH－)=0.005mol，，故答案为：0.01mol·L－1。