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：

（1）已知：①C2H6 (g）C2H4 (g）+H2(g）ΔH1 =+136.8kJ/mol

②H2 (g)+ O2(g）H2O(l) ΔH2=－285.8 kJ/mol

③ C2H4(g）+3O2(g）2CO2(g）+2H2O(l); ΔH3= －1411.0 kJ/mol

則表征 C2H6 (g)燃燒熱的熱化學方程式為_____。

（2）1000℃時，在某剛性容器內充入一定量的 C2H6 ，只發生反應①，已知平衡時容器中總壓為2.1×105Pa，乙 烷的平衡轉化率為 40%。

①乙烷分解前容器壓強為_____Pa ，1000℃時，反應①的平衡常數 Kp=_____Pa[氣體分壓(P 分)=氣體 總壓(Pa)×物質的量分數]。

②若其他條件不變，剛性容器改為體積可變的密閉容器，則達到平衡時乙烷的轉化率_____40%（填“>”、“<” 或“=”）。

（3）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）ΔH =－149 kJ/mol，

① 反應 C2H6 (g)+O2(g）C2H4 (g)+H2O(g）ΔH =－149 kJ/mol的正活化能和逆活化能中較大的是________。

② 800℃時，控制原料氣的總物質的量一定，當 C2H6 和 O2 的物質的量之比為 2:1 時，乙烯的平衡產率最大，而當較小時，乙烯的平衡產率較低，可能的原因為_____。

（4）利用電解法可將 C2H6 轉化為多種燃料，原理如圖所示。銅電極為_____極，該電極上生成 HCOOH 的電極反 應式為_____。

Answer 1

【答案】C2H6(g) + O2(g) = 2CO2(g) +3H2O(l) ΔH = －1560 kJ·mol1 1.5×105Pa 4×104Pa ＞ 逆活化能 較小時，C2H6發生深度氧化而導致乙烯的選擇性產率降低 陽 C2H6 －10e－ + 4H2O = 2HCOOH + 10H+

【解析】

⑴根據蓋斯定律將第3個方程式相加得到C2H6 (g)燃燒熱的熱化學方程式。

⑵①設開始時壓強為p根據三段式建立，再列式計算，再根據平衡常數表達式進行計算；②若其他條件不變，該反應是體積增大的反應，剛性容器改為體積可變的密閉容器，則壓強減小，向體積增大的方向移動即平衡正向移動。

⑶①根據ΔH =正反應活化能－逆反應活化能＜0得出；②氧氣過量，C2H6會發生深度氧化。

⑷根據圖中信息可知乙烷變為CO或HCOOH，化合價升高，則為陽極。

⑴根據蓋斯定律將第3個方程式相加，得到C2H6 (g)燃燒熱的熱化學方程式為C2H6(g) + O2(g) = 2CO2(g) +3H2O(l) ΔH = －1560 kJ·mol1，故答案為：C2H6(g) + O2(g) = 2CO2(g) +3H2O(l) ΔH = －1560 kJ·mol1。

⑵①1000℃時，假設在某剛性容器內充入一定量C2H6，只發生反應①，已知平衡時容器中總壓為2.1×105Pa，乙烷的平衡轉化率為40%，設開始時壓強為p。，則0.6p +0.4p +0.4p =2.1×105，解得p=1.5×105Pa，1000℃時，反應①的平衡常數；故答案為：1.5×105Pa；4×104Pa。

②若其他條件不變，該反應是體積增大的反應，剛性容器改為體積可變的密閉容器，則壓強減小，向體積增大的方向移動即平衡正向移動，轉化率增大，因此達到平衡時乙烷的轉化率＞ 40%；故答案為：＞。

⑶①反應C2H6(g) + O2(g) C2H4(g) + H2O(g) ΔH = －149 kJ·mol1，ΔH =正反應活化能－逆反應活化能＜0，正反應活化能＜逆反應活化能，因此正活化能和逆活化能中較大的是逆活化能；故答案為：逆活化能。

②當較小時，乙烯的平衡產率較低，主要是C2H6發生深度氧化而導致乙烯的選擇性產率降低；故答案為：較小時，C2H6發生深度氧化而導致乙烯的選擇性產率降低。

⑷根據圖中信息可知乙烷變為CO或HCOOH，化合價升高，則為陽極，因此銅電極為陽極，該電極上生成HCOOH的電極反應式為C2H6 －10e－ + 4H2O = 2HCOOH + 10H+；故答案為：陽；C2H6 －10e－ + 4H2O = 2HCOOH + 10H+。