Question

【題目】利用天然氣熱裂解制取乙炔和氫氣近年來成為各國研究的熱點，發生的主要反應為：2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) △H=a kJmol-1，副反應：2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) 回答下列問題：

（1）天然氣熱裂解過程使用的催化劑中含有SiO2、Al2O3等多種難被還原的氧化物，寫出SiO2的另外兩種用途：_______________________，寫出Al2O3與苛性鉀溶液反應的離子方程式___________________；

（2）已知甲烷的燃燒熱△H=-890.3kJmol-1，乙炔的燃燒熱△H=-1299.6kJmol-1，氫氣的燃燒熱△H=-285.8kJmol-1，則上式中的a=___________；

（3）天然氣經重整催化作用生成氫氣，氫氣在下圖所示的燃料電池中放電(以熔融Li2CO3和K2CO3為電解質)，寫出燃料極上發生的電極反應式_______________________________；

（4）某溫度下，向1L恒容密閉容器中充入0.3mol甲烷，控制條件使其只發生上述副反應，達到平衡時，測得c(C2H4)=c(CH4)，則該條件下甲烷的平衡轉化率為__________；

（5）天然氣裂解過程中，平衡時各氣體分壓(單位為Pa)的對數(δ)與溫度(T)之間的關系如下圖：

①副反應2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) 的△H__________(填“＞”或“＜”)0；

②利用圖中數據計算A點溫度下主要反應2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的平衡常數__________(利用平衡分壓代替平衡濃度計算，)。

Answer 1

【答案】（1）制玻璃、光纖(合理即可 ) Al2O3+2OH- =2AlO2- +H2O （2）+376.4

（3）H2 -2e-+ CO32- =H2O+CO2 （4）66.7% （5）① ＞ ② 5×104Pa2

【解析】

試題分析：（1）SiO2可用來制玻璃及光學纖維等，Al2O3是兩性氧化物，能溶解于KOH，發生反應的離子方程式為Al2O3+2OH- =2AlO2- +H2O；

（2）已知：①CH4(g)+2O2 (g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJmol-1 ；

②C2H2(g)+2.5O2(g)=2CO2 (g)+H2O(l)△H2=-1299.6kJ/mol；

③2H2 (g)+O2(g)=2H2O(l)△H3=-571.6kJ/mol；

將①×4-②-③×可得：

2CH4(g)=C2H2(g)+3H2 (g)△H=(-890.3kJmol-1 )×4-(-1299.6kJmol-1)-(-571.6kJmol-1)×=+376.4kJ/mol；

（3）通入甲烷的一極為原電池的負極，發生氧化反應，根據圖示信息知道負極電極反應式為：H2-2e-+CO32-=CO2+H2O；

（4）設CH4的轉化濃度為Xmol/L，可知：

2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)

初始濃度：0.3mol/L 0 0

濃度變化：Xmol/L Xmol/L

平衡濃度：(0.3-X)mol/L Xmol/L

根據c(C2H4)=c(CH4)可知：0.3-X=

解得X=0.2mol/L；

故CH4的平衡轉化率=×100%=66.7%；

（5）①反應2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)為分解反應，而分解反應絕大多數為吸熱反應，故此反應為吸熱反應；

②結合圖像，根據此反應的平衡常數表達式，將氣體的平衡濃度換為平衡分壓，即K===5×104。