Question

【題目】中科院一項最新成果實現了甲烷高效生產乙烯，甲烷在催化作用下脫氫，在氣相中經自由基偶聯反應生成乙烯，其反應如下：

化學鍵
	a	b	c	d

(1)已知相關化學鍵的鍵能如上表，甲烷制備乙烯反應的______用含a、b、c、d的代數式表示。

溫度時，向1L的恒容反應器中充入2，僅發生上述反應，反應過程中min的物質的量隨時間變化如圖1，測得min時的濃度為

min內表示的反應速率為______

若圖1中曲線a、曲線b分別表示在溫度時，使用質量相同但表面積不同的催化劑時，達到平衡過程中n的變化曲線，其中表示催化劑表面積較大的曲線是______（填“a“或“b”）。

min時，若改變外界反應條件，導致發生圖中所示變化，則改變的條件可能是_______任答一條即可。

實驗測得：，，其中、為速率常數僅與溫度有關，溫度時與的比值為______（填數值）。若將溫度由升高到，則反應速率增大的倍數______V逆 （選填“”、“”或“<”）。

科研人員設計了甲烷燃料電池并用于電解。如圖2所示，電解質是摻雜了與的固體，可在高溫下傳導

極為______極（選填“陽”或“陰”）。

該電池工作時負極反應方程式為________。

用該電池電解飽和食鹽水，一段時間后收集到標況下氣體總體積為11.2L，則透過陽離子交換膜的離子的物質的量為_________ mol

Answer 1

【答案】 b 升高溫度或減小壓強 陽 0.5

【解析】

ΔH=反應物總鍵能-生成物總鍵能；

⑴ΔH=反應物總鍵能-生成物總鍵能=[2×4b－(c＋4b)－2a]kJ·mol－1=＋(4b－c－2a)kJ·mol－1，故答案：＋(4b－c－2a)kJ·mol－1；

⑵①2 mol 甲烷放入1 L容器中，其濃度為2 mol·L－1，其甲烷的速率為

故答案為0.16mol·L－1·min－1

②催化劑表面積越大，催化效果越好，速率越快，達到平衡所需的時間越短，所以曲線b的催化劑表面積較大，故答案為b；

③15 min時，改變外界反應條件，導致n(CH4)減小，說明平衡向消耗CH4的方向移動，所以改變的條件可能是升高溫度或減小壓強，故答案為升高溫度或減小壓強；

⑶ 2CH4(g) C2H4(g) +2H2(g)

c始（mol/L） 2 0 0

Δc（mol/L） 1.6 0.8 1.6

c末（mol/L） 0.4 0.8 1.6

T1溫度時，該反應的平衡常數，且達到平衡時有v正=v逆，即k正c2(CH4)=k逆c(C2H4)·c2(H2)，則

故答案為12.8；

該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，v正＞v逆。

故答案為＞；

⑷①甲烷燃料電池，通燃料一極為負極，通氧氣一極為正極，連原電池正極的C極為電解池的陽極，連原電池負極的D極為電解池的陰極；

故答案：陽；

②根據圖示，電解質為傳導的O2－，燃料電池的負極是甲烷與O2－反應生成H2O和CO2的反應，所以電極反應為CH4－8e－＋4O2－==CO2＋2H2O，

故答案為CH4－8e－＋4O2－= CO2＋2H2O；

③根據離子方程式2Cl－＋2H2O = 2OH－＋Cl2↑＋H2↑；可知，電解一段時間后，共收集到標準狀況下氣體11.2 L，即氣體的物質的量為0.5mol，由于產生0.5 mol氣體生成了0.5 mol氫氧根，根據電荷守恒原理，透過陽離子交換膜的鈉離子物質的量為0.5 mol；

故答案為0.5 。