Question

【题目】乙烯是重要的基本化工原料，以乙烷为原料生产乙烯有多种方法。

I.乙烷裂解脱氢法。该方法的反应为：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) △H= a kJ·mol－1

（1）已知101kPa，298K时，C(s)和H2(g)生成lmoC2H6(g)、1molC2H4(g)的△H分别为－84.7 kJ·mol－1、+52.3 kJ·mol－1。则a=___________。

II.乙烧氧化脱氢法，在原料气中加入氧气，乙烷氧化脱氢的反应如下：

2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) △H<0，副反应都为放热反应，副产物有CH4(g)、CO(g)、CO2(g)。原料气(70.1%空气、29.9%C2H6)在反应器中停留15s，获得相关数据如下表：

（2）①反应的平衡常数表达式为K=___________，K(750℃)___________K(900℃)(填“>”、“<”、“=”)

②当温度超过800℃时，乙烯的选择性降低，其主要原因可能是___________。根据表中数据选择适宜的反应温度为___________。

III.催化氧化脱氢法。以Mo-V-Nb-Sb的氧化物为催化剂，在常压、380℃下，反应速率与氧气分压[P(O2)]、乙烷分压[P(C2H6)的关系如下图所示。

（3）已知该反应的速率方程为v=kPm(O2)·Pn(C2H6)，则m=___________，n=___________。

IV质子膜燃料电池法。

（4）乙烷氧化制乙烯会产生CO2的大量排放，近年研究人员开发了乙烷氧化制乙烯的质子膜燃料电池(SOFC)，该燃料电池的负极反应式为______________________，这种电池工作过程中没有CO2排放，原因是______________________。

Answer 1

【答案】+137.0 K= > 副反应速率变大（或副反应增多） 850℃ 0 1 C2H6－2e－=C2H4+2H＋ 质子膜将氧气和乙烷、乙烯隔开，使脱氢和氧化分开进行，所以没有CO2产生

【解析】

（1）已知101kPa，298K时，C(s)和H2(g)生成lmoC2H6(g)、1molC2H4(g)的△H分别为－84.7 kJ·mol－1、+52.3 kJ·mol－1。则有①2C(s)+3H2(g)=C2H6(g) △H1=－84.7 kJ·mol；②2C(s)+2H2(g)= C2H4 (g) △H2=+52.3 kJ·mol－1；根据盖斯定律，由②-①得反应③C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)△H=a kJ·mol－1，则a=+137.0；

（2）①反应2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)的平衡常数表达式为K=；

根据表中数据可知，升高温度乙烷的转化率增大，平衡正向移动，则K减小，故K(750℃) >K(900℃)；

②当温度超过800℃时，副反应速率变大（或副反应增多），乙烯的选择性降低；

根据表中数据，乙烷转化率较高、乙烯转化率较高且产率较高，故选择适宜的反应温度为850℃；

（3）已知该反应的速率方程为v=kPm(O2)·Pn(C2H6)，根据图中信息可知v与Pm(O2)的关系保持不变，故m=0，v与Pn(C2H6)的关系保持正比关系且横纵坐标相等，故n=1；

（4）乙烷氧化制乙烯会产生CO2的大量排放，近年研究人员开发了乙烷氧化制乙烯的质子膜燃料电池(SOFC)，该燃料电池的负极乙烷在酸性条件下失去电子产生乙烯，电极反应式为C2H6－2e－=C2H4+2H＋，这种电池工作过程中没有CO2排放，原因是质子膜将氧气和乙烷、乙烯隔开，使脱氢和氧化分开进行，所以没有CO2产生。