Question

【題目】乙烷是一種重要的化工原料，可用作制冷劑、燃料、制備乙烯的原料。

請回答下列問題：

I.乙烷蒸汽裂解技術(shù)是工業(yè)上應(yīng)用成熟的乙烯制備方法：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) △H。

（1）已知：C2H6(g)、H2(g)和CH2CH2(g)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別是1560kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1和1411.0kJ·mol-1，則△H=___。

（2）1000℃時，在某剛性密閉容器內(nèi)充入一定量的C2H6(g)，只發(fā)生反應(yīng)C2H6(g)CH2=CH2(g)+H2(g)△H，若平衡時容器中總壓為pPa，乙烷的轉(zhuǎn)化率為α，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)KP=__Pa(用含p、α的代數(shù)式表示，KP為用分壓表示的平衡常數(shù))。已知1000℃時該反應(yīng)的KP=4×104Pa，若p=2.1×105，則α=__。達(dá)到平衡后，欲同時增大反應(yīng)速率和α，可采取的措施有__(填選項(xiàng)字母)。

A.升高溫度 B.通入惰性氣體

C.增加乙烷濃度 D.加入催化劑

II.乙烷催化氧化裂解法是一種新型的制備乙烯的方法：C2H6(g)+O2(g)C2H4(g)+H2O(g)△H=-149kJ·mol-1。

（3）在乙烷氧化過程中，若過高，則會導(dǎo)致乙烷轉(zhuǎn)化率降低，且易形成積碳。800℃時，當(dāng)n(C2H6)和n(O2)的混合氣以一定流速通過反應(yīng)器時，混合氣中的比值對乙烷氧化裂解制乙烯的反應(yīng)性能的影響如圖1所示：

①n的最佳比值應(yīng)為__。

②較低時，生成乙烯的選擇性較低的原因可能為__。

Ⅲ.我國科學(xué)家利用固體氧化物電解池成功實(shí)現(xiàn)了乙烷電化學(xué)脫氫制備乙烯，裝置如圖2所示：

（4）通入CO2的電極為___極(填“陽”或“陰”)；C2H6生成C2H4的電極反應(yīng)式為__。

Answer 1

【答案】+136.8kJ·mol-1 0.4(或40%) A 2：1(或2.0) 乙烷發(fā)生深度氧化(或副反應(yīng)增多) 陰 C2H6-2e-+O2-=C2H4+H2O

【解析】

燃燒熱是指1mol可燃物燃燒生成穩(wěn)定氧化物所放出的熱量，則①C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) △H1=-1560kJ·mol-1；②H2(g)+O2(g)= H2O(l) △H2=-285.8kJ·mol-1③CH2CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H3=-1411.0kJ·mol-1。要增大乙烷的轉(zhuǎn)化率則要讓反應(yīng)正向移動；由電解池裝置可知，二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳，碳元素化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)；C2H6生成C2H4，碳元素化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)。

(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)可由①-②-③得到，則△H=△H1-△H2-△H3=-1560kJ·mol-1+285.8kJ·mol-1+1411.0kJ·mol-1=+136.8kJ·mol-1。

(2)反應(yīng)C2H6(g)CH2=CH2(g)+H2(g)，設(shè)開始時壓強(qiáng)為P0，乙烷的轉(zhuǎn)化率為α，則反應(yīng)的乙烷的壓強(qiáng)為αP0，平衡時的壓強(qiáng)為(P0-αP0)，生成的乙烯和氫氣的壓強(qiáng)為αP0，若平衡時容器中總壓為pPa，即(P0-αP0+2αP0)=p，則P0=，該反應(yīng)的平衡常數(shù)KP=。已知1000℃時該反應(yīng)的KP=4×104Pa，若p=2.1×105，則=4×104Pa，α=0.4。達(dá)到平衡后，欲同時增大反應(yīng)速率和α，即既要增大反應(yīng)速率又要讓平衡正向移動，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)速率增大，α增大；恒容恒溫條件下，通入惰性氣體，化學(xué)反應(yīng)速率不變；增加乙烷濃度，反應(yīng)速率增大，但α減小；加入催化劑，反應(yīng)速率增大，但α不變。

(3)①根據(jù)圖像和已知條件：若過高，則會導(dǎo)致乙烷轉(zhuǎn)化率降低，且易形成積碳，n=2：1(或2.0)時反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較高，不易形成積碳，為最佳比值。

②較低時，生成乙烯的選擇性較低，主要是因?yàn)橐彝榘l(fā)生深度氧化(或副反應(yīng)增多)。

(4)電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，綜上分析，二氧化碳在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，C2H6失電子與電解液中的O2-反應(yīng)生成C2H4，電極反應(yīng)式為C2H6-2e-+O2-=C2H4+H2O。