Question

【题目】中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，如图所示。

物质	燃烧热（kJ/mol）
氢气	285．8
甲烷	890．3
乙烯	1411．5

（1）已知相关物质的燃烧热如上表，写出甲烷制备乙烯的热化学方程式_________。

（2）在400℃时，向1L的恒容反应器中充入1molCH4，发生上述反应，测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0 %。则在该温度下，其平衡常数K=_______。按化学平衡移动原理，在图(a)中画出该反应的平衡转化率与温度及压强(p1>p2)的关系曲线。_______________________

（3）在制备C2H4时，通常存在副反应：2CH4(g)C2H6(g)+H2(g)。在常温下，向体积为1L的恒容反应器中充入1molCH4，然后不断升高温度，得到图(b)。

①在200℃时，测出乙烷的量比乙烯多的主要原因是_________________________。

②在600℃后，乙烯的体积分数减少的主要原因是__________________________。

（4）工业上常采用除杂效率高的吸收-电解联合法，除去天然气中的杂质气体H2S，并转化为可回收利用的单质硫，其装置如下图所示。

通电前，先通入一段时间含H2S的甲烷气，使部分NaOH吸收H2S转化为Na2S，再接通电源，继续通入含杂质的甲烷气，并控制好通气速率。装置中右端碳棒为_________极，左端碳棒上的电极反应为_________________________，右池中的c(NaOH)：c(Na2S)______________(填“增大”、“基本不变”或“减小)。

Answer 1

【答案】 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH＝＋202.5 kJ/mol 0.25 在200℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快 在600℃后，乙烯开始分解为碳和氢气 阳 2H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑或2H+＋2e－＝H2↑ 基本不变

【解析】（1）根据燃烧热数据表可得：①H2(g)+ O2(g)=H2O(l) ΔH1＝-285.8kJ/mol；②CH4(g) + 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH2＝-890. 3kJ/mol； ③C2H4(g) + 3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ΔH3＝-1411.0kJ/mol；根据盖斯定律，由②×2-③-①×2得反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH＝ΔH2×2-ΔH3-ΔH1×2=-890. 3kJ/mol×2-（-1411.0kJ/mol）-（-285.8kJ/mol）×2=＋202.2 kJ/mol；（2）在400℃时，向1L的恒容反应器中充入1molCH4，发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)，测得平衡混和气体中C2H4的体积分数为20.0%。设甲烷的转化率为x，则：

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

起始浓度（mol/L） 1 0 0

改变浓度（mol/L） x x/2 x

平衡浓度（mol/L） 1-x x/2 x

相同条件下，气体的物质的量之比等于体积之比，则=20.0%，解得x=0.5mol/L，K==0.25；按化学平衡移动原理，该反应正反应为气体体积增大的吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡转化率增大，增大压强，平衡逆向移动，平衡转化率减小，对应图中曲线为(p1>p2)：；（3）①根据图中曲线可知，在200℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快，测出乙烷的量比乙烯多；②在600℃后，乙烯开始分解为碳和氢气，乙烯的体积分数减少；（4）装置中右端硫离子失电子转化为硫单质，硫元素被还原，则右端碳棒为阳极，左端碳棒为阴极产生氢气，阴极的电极反应为：2H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑；因接通电源，继续通入含杂质的甲烷气，并控制好通气速率。故右池中的c(NaOH)：c(Na2S)基本不变。