Question

【題目】乙烯是重要的基本化工原料，以乙烷為原料生產乙烯有多種方法。

I.乙烷裂解脫氫法。該方法的反應為：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) △H= a kJ·mol－1

（1）已知101kPa，298K時，C(s)和H2(g)生成lmoC2H6(g)、1molC2H4(g)的△H分別為－84.7 kJ·mol－1、+52.3 kJ·mol－1。則a=___________。

II.乙燒氧化脫氫法，在原料氣中加入氧氣，乙烷氧化脫氫的反應如下：

2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) △H<0，副反應都為放熱反應，副產物有CH4(g)、CO(g)、CO2(g)。原料氣(70.1%空氣、29.9%C2H6)在反應器中停留15s，獲得相關數據如下表：

（2）①反應的平衡常數表達式為K=___________，K(750℃)___________K(900℃)(填“>”、“<”、“=”)

②當溫度超過800℃時，乙烯的選擇性降低，其主要原因可能是___________。根據表中數據選擇適宜的反應溫度為___________。

III.催化氧化脫氫法。以Mo-V-Nb-Sb的氧化物為催化劑，在常壓、380℃下，反應速率與氧氣分壓[P(O2)]、乙烷分壓[P(C2H6)的關系如下圖所示。

（3）已知該反應的速率方程為v=kPm(O2)·Pn(C2H6)，則m=___________，n=___________。

IV質子膜燃料電池法。

（4）乙烷氧化制乙烯會產生CO2的大量排放，近年研究人員開發了乙烷氧化制乙烯的質子膜燃料電池(SOFC)，該燃料電池的負極反應式為______________________，這種電池工作過程中沒有CO2排放，原因是______________________。

Answer 1

【答案】+137.0 K= > 副反應速率變大（或副反應增多） 850℃ 0 1 C2H6－2e－=C2H4+2H＋ 質子膜將氧氣和乙烷、乙烯隔開，使脫氫和氧化分開進行，所以沒有CO2產生

【解析】

（1）已知101kPa，298K時，C(s)和H2(g)生成lmoC2H6(g)、1molC2H4(g)的△H分別為－84.7 kJ·mol－1、+52.3 kJ·mol－1。則有①2C(s)+3H2(g)=C2H6(g) △H1=－84.7 kJ·mol；②2C(s)+2H2(g)= C2H4 (g) △H2=+52.3 kJ·mol－1；根據蓋斯定律，由②-①得反應③C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)△H=a kJ·mol－1，則a=+137.0；

（2）①反應2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)的平衡常數表達式為K=；

根據表中數據可知，升高溫度乙烷的轉化率增大，平衡正向移動，則K減小，故K(750℃) >K(900℃)；

②當溫度超過800℃時，副反應速率變大（或副反應增多），乙烯的選擇性降低；

根據表中數據，乙烷轉化率較高、乙烯轉化率較高且產率較高，故選擇適宜的反應溫度為850℃；

（3）已知該反應的速率方程為v=kPm(O2)·Pn(C2H6)，根據圖中信息可知v與Pm(O2)的關系保持不變，故m=0，v與Pn(C2H6)的關系保持正比關系且橫縱坐標相等，故n=1；

（4）乙烷氧化制乙烯會產生CO2的大量排放，近年研究人員開發了乙烷氧化制乙烯的質子膜燃料電池(SOFC)，該燃料電池的負極乙烷在酸性條件下失去電子產生乙烯，電極反應式為C2H6－2e－=C2H4+2H＋，這種電池工作過程中沒有CO2排放，原因是質子膜將氧氣和乙烷、乙烯隔開，使脫氫和氧化分開進行，所以沒有CO2產生。