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.乙烷蒸汽裂解技術是工業上應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)的標準燃燒熱分別是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充入一定量的C2H6(g)，只發生反應C2H6(g)CH2=CH2(g)+H2(g)△H，若平衡時容器中總壓為pPa，乙烷的轉化率為α，則該反應的平衡常數KP=__Pa(用含p、α的代數式表示，KP為用分壓表示的平衡常數)。已知1000℃時該反應的KP=4×104Pa，若p=2.1×105，則α=__。達到平衡后，欲同時增大反應速率和α，可采取的措施有__(填選項字母)。

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

①n的最佳比值應為__。

②較低時，生成乙烯的選擇性較低的原因可能為__。

Ⅲ.我國科學家利用固體氧化物電解池成功實現了乙烷電化學脫氫制備乙烯，裝置如圖2所示：

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

Answer 1

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

【解析】

燃燒熱是指1mol可燃物燃燒生成穩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。要增大乙烷的轉化率則要讓反應正向移動；由電解池裝置可知，二氧化碳反應生成一氧化碳，碳元素化合價降低，發生還原反應；C2H6生成C2H4，碳元素化合價升高，發生氧化反應。

(1)根據蓋斯定律，反應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C2H6(g)CH2=CH2(g)+H2(g)，設開始時壓強為P0，乙烷的轉化率為α，則反應的乙烷的壓強為αP0，平衡時的壓強為(P0-αP0)，生成的乙烯和氫氣的壓強為αP0，若平衡時容器中總壓為pPa，即(P0-αP0+2αP0)=p，則P0=，該反應的平衡常數KP=。已知1000℃時該反應的KP=4×104Pa，若p=2.1×105，則=4×104Pa，α=0.4。達到平衡后，欲同時增大反應速率和α，即既要增大反應速率又要讓平衡正向移動，反應為吸熱反應，升高溫度反應速率增大，α增大；恒容恒溫條件下，通入惰性氣體，化學反應速率不變；增加乙烷濃度，反應速率增大，但α減�。患尤氪呋瘎�，反應速率增大，但α不變。

(3)①根據圖像和已知條件：若過高，則會導致乙烷轉化率降低，且易形成積碳，n=2：1(或2.0)時反應物轉化率較高，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，主要是因為乙烷發生深度氧化(或副反應增多)。

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