Question

【题目】能源问题是人类社会面临的重大问题,合理的开发利用至关重要。

（1）丁烯是石油化工中的重要产物,正丁烷脱氢可制备1-丁烯:C4H10（g） =C4Hg（g） +H2（g） △H。 下表为该反应中所涉及物质的键能数据:

则△H=_______

（2）甲醇是未来重要的绿色能源之一,常见的合成反应为CO（g） +2H2（g） CH3OH（g）H<0;为了探究反应物的浓度对反应速率的影响,进行了相关实验，测得的实验数据如下表所示:

该反应速率的通式为v正=k正cm（CO）.cn（H2）（k是与温度有关的速率常数）。由表中数据可确定反应速率通式中m和n分别_____、_____（ 取正整数）。

（3）合成甲醇的原料气既可由煤气化提供,也可由天然气与水蒸气通过下列反应制备:CH4（g） + H2O（g） CO（g） +3H2（g）H>0。向100 L刚性密闭容器中充人1 mol CH4和3 mol水蒸气进行反应,不同温度和压强下平衡体系中CH4的平衡转化率情况如图1所示:

①p1____p2（填“<”“>”或“="）。

②已知压强为P1,温度为100°C时,反应达到平衡所需的时间为5min,则0~5min内用H2表示的平均反应速率为______；该温度下的平衡常数K=_______mol2·L-2。

（4）近年来,有人研究用温室气体二氧化碳通过电催化生成多种燃料,其工作原理如图2所示。

①写出Cu电极上产生乙烯的电极反应式:_____________；如果Cu电极上生成0.17molCO和0.33molHCOOH,则Pt电极上产生O2的物质的量为__________mol。

②HCOOH为一元弱酸,常温下将0.1mol·L-1HCOOH溶液与0.1mol·L-1NaOH溶液按体积比a:b混合（忽略溶液体积的变化），混合后溶液恰好显中性,则HCOOH的电离常数为______（用含a、b的代数式表示）。

Answer 1

【答案】+125kJ/mol 1 1 < 0.003 mol/(L·min) 1.35×10-4 2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O 0.25

【解析】

(1)焓变=反应物键能-生成物键能，据此计算；

(2)将表格数据代入公式，利用待定系数法求解；

(3)①该反应为压强增大的反应，同温度下压强越大甲烷的转化率越低；

②根据计算反应速率甲烷的速率，再推算用氢气表示的反应速率；K等于生成物浓度幂(以其化学计量数为幂)之积与反应物浓度幂之积的比值；

(4)①铜电极为阴极，得电子发生还原反应；根据电路中电子守恒进行计算；

②HCOOH的电离常数K=，据此进行计算。

(1)△H =反应物键能-生成物键能=(10×414kJ/mol+3×348kJ/mol)-(8×414kJ/mol+2×348kJ/mol+615kJ/mol+436kJ/mol)=+125kJ/mol，故答案为：+125kJ/mol；

(2)v正=k正cm(CO)·cn(H2)可知①中0.361mol/(L·min)= k正×(0.24mol/L)m×(0.48mol/L)n；②中：0.720mol/(L·min)= k正×(0.24mol/L)m×(0.96mol/L)n；③中：0.719mol/(L·min)= k正×(0.48mol/L)m×(0.48mol/L)n；则②/①可得2=2n，即n=1；③/①得2=2m，则m=1，故答案为：1；1；

(3)①该反应为压强增大的反应，同温度下压强越大甲烷的转化率越低，所以p1<p2，故答案为：<；

②据图可知压强为P1，温度为100°C时，反应达到平衡时甲烷的转化率为50%，所以平衡时c(CH4)==0.005mol/L，所以v(CH4)==0.001 mol/(L·min)，v(H2)=3 v(CH4)=0.003 mol/(L·min)，

平衡时c(CH4)=0.005mol/L，反应了甲烷0.5mol，根据反应方程式CH4(g) + H2O(g) CO(g) +3H2(g)可知平衡时c(H2O)==0.025mol/L，c(CO)= c(CH4)=0.005mol/L，c(H2)= 3c(CH4)=0.015mol/L，所以平衡常数K==1.35×10-4mol-2·L-2，故答案为：0.003 mol/(L·min)；1.35×10-4；

(4)①铜电极与电源负极相连为阴极，CO2得电子被还原生成C2H4，根据电荷守恒元素守恒可知电极反应方程式为：2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O；CO和HCOOH中碳均为+2价，CO2转化成CO或HCOOH化合价均降低2价，所以生成0.17molCO和0.33molHCOOH时转移的电子为1mol，则生成的氧气为0.25mol，故答案为：2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O；0.25；

②混合后溶液呈中性，所以c(H+)= c(OH-)=10-7mol/L，根据电荷可知c(HCOO-)=c(Na+)=，根据物料守恒有：c(HCOO-)+ c(HCOOH)=，所以c(HCOOH)=，电离平衡常数K=，故答案为：。