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【题目】中科院大连化学物理研究所的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,在不同温度下分别形成CH3、等自由基,在气相中经自由基:CH2偶联反应生成乙烯(该反应过程可逆)。

物质

燃烧热(kJmol-1)

氢气

285.8

甲烷

890.3

乙烯

1411.0

(1)已知相关物质的燃烧热如表所示,写出甲烷制备乙烯的热化学方程式______。

(2)现代石油化工采用Ag作催化剂,可实现乙烯与氧气制备X(分子式为C2H4O,不含双键)。该反应符合最理想的原子经济,则反应产物是______(填结构简式)。

(3)在一定条件下,向2L的恒容密闭反应器中充入1molCH4,发生上述(1)反应,10分钟后达到平衡,测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0%.则:

①用CH4表示该反应的平均速率为______。

②在该温度下,其平衡常数K=______。

③下列说法正确的是______。

a.升高温度有利于提高C2H4的产率

b.向平衡体系中充入少量He,CH4的转化率降低

c.当混合气体的密度不再变化时,说明该反应达到平衡状态

d.向上述平衡体系中再充入1molCH4,达到平衡后H2的体积分数减小

e.若实验测得:v(正)=k(正)c2(CH4),v(逆)=k(逆)c2(H2)c(C2H4)。其中k(正)、k(逆)为受温度影响的速率常数,该反应的平衡常数K=

(4)以铅蓄电池为电源,将CO2转化为乙烯的装置如图所示,电解所用电极材料均为惰性电极。电解过程中,阳极区溶液中c(H+)逐渐______(填“增大”、“减小”或“不变”),阴极反应式______。

【答案】2CH4(g)═C2H4(g)+2H2(g) △H=+202.0kJ/mol 0.025mol·L-1·min-1 0.125 ae 增大 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O

【解析】

(1)已知:①H2(g)+1/2O2(g)═H2O(l) △H1=285.8kJ/mol,

②CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H2=890.3kJ/mol,

③C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)△H3=1411.0kJ/mol,

甲烷制备乙烯的化学方程式为:2CH4(g)═C2H4(g)+2H2(g),反应可由②×2③①×2得到,根据盖斯定律,反应的焓变为△H=2△H2△H32△H1=+202.0kJ/mol,故答案为:2CH4(g)═C2H4(g)+2H2(g) △H=+202.0 kJ/mol;

(2)用Ag作催化剂,可实现乙烯与氧气制备X(分子式C2H4O,不含双键),该反应符合最理想的原子经济,X为,方程式为,故答案为:;

(3)设平衡时生成的C2H4的物质的量为a,根据三段式:

×100%=20.0%,a=0.25mol。

①用CH4表示该反应的平均速率为:v(CH4)==0.025mol·L-1·min-1,故答案为:0.025mol·L-1·min-1;

②在该温度下,其平衡常数K===0.125,故答案为:0.125

③a.2CH4(g)═C2H4(g)+2H2(g) △H=+202.0 kJ/mol,正反应为吸热反应,所以升高温度,平衡正向移动,有利于提高C2H4的产率,a正确;

b.恒容密闭反应器中,充入少量He,压强变大,但各物质的浓度不变,平衡不移动,CH4的转化率不变,b错误

c.总质量不变,总体积不变,密度也不变,当混合气体的密度不再变化时,不能说明该反应达到平衡状态,c错误;

d.向上述平衡体系中再充入1molCH4,建立等效平衡,达到平衡后H2的体积分数不变,d错误;

e. v(正)=k(正)c2(CH4),v(逆)=k(逆)c2(H2)·c(C2H4),该反应的平衡常K==,e正确;故答案为:ae;

(4)阴极反应式:2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O,阳极反应式:2H2O-4e-=4 H++O2↑,阳极区溶液中c(H+)逐渐增大,故答案为:增大;2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O。

练习册系列答案
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已知:在75~80℃转变成,80~120℃转变成,300℃以上转变成无水。

b.易溶于水,溶解度随温度升高而增大。

c.在空气中受热易被氧化。

请回答:

(1)步骤II,调,为避免引入新的杂质,适宜加入的试剂为________。

(2)步骤III,包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等多步操作。

下列说法正确的是________。

A.为得到较大的晶体颗粒,宜用冰水浴快速冷却结晶

B.为加快过滤速度,得到较干燥的晶体,可进行抽滤

C.宜用热水洗涤

D.可在80℃鼓风干燥

(3)步骤IV,脱水方案为:将所得置入坩埚中,300℃加热,得样品。用沉淀滴定法分别测定所得、样品纯度,测定过程如下:称取一定量样品,溶解,定容于容量瓶,将容量瓶中的溶液倒入烧杯,用移液管定量移取烧杯中的溶液加入锥形瓶,调,用滴定管中的标准溶液滴定至终点,根据消耗的标准溶液体积计算,得、的纯度分别为99.96%,95.38%。纯度偏低。

①上述测定过程提及的下列仪器,在使用前一定不能润洗的是________。

A.容量瓶 B.烧杯 C.锥形瓶 D.滴定管

②测定过程中使用到移液管,选出其正确操作并按序列出字母:

蒸馏水洗涤→待转移溶液润洗→________→_______→_______→_______→洗净,放回管架。

a.移液管尖与锥形瓶内壁接触,边吹气边放液

b.放液完毕,停留数秒,取出移液管

c.移液管尖与锥形瓶内壁接触,松开食指放液设备

d.洗耳球吸溶液至移液管标线以上,食指堵住管口

e.放液完毕,抖动数下,取出移液管

f.放液至凹液面最低处与移液管标线相切,按紧管口

③纯度偏低,可能的主要杂质是________。

(4)步骤IV,采用改进的实验方案(装置如图),可以提高纯度。

①设备X的名称是________。

②请说明采用该方案可以提高纯度的理由________。

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