Question

【題目】碳氫化合物有多種，它們在工業(yè)生產(chǎn)、生活中有重要用途。

（1）工業(yè)上可由丁烯(C4H8)來制備丙烯(C3H6)和乙烯(C2H4)，其主要反應(yīng)原理為：

反應(yīng)I：C4H8 (g) C3H6(g) ΔH1

反應(yīng)II：C4H8(g) 2C2H4 (g) ΔH2

①已知烴的裂解是吸熱反應(yīng)，則ΔH1________ΔH2（填“>”、 “=”或“<”）。

②若某溫度下反應(yīng)達到平衡時C4H8、C3H6、C2H4的體積分數(shù)分別為20%、70%、10%，平衡時總壓強為P，請計算該溫度下反應(yīng)II的平衡常數(shù)Kp=________（Kp為用氣體的分壓表示的平衡常數(shù)，分壓=氣體的體積分數(shù)×體系總壓）

（2）石油危機日漸嚴重，甲烷的轉(zhuǎn)化和利用在天然氣化工行業(yè)有非常重要的作用。甲烷重整技術(shù)主要是利用甲烷和其他原料來制備合成氣(CO和H2混合氣體)。現(xiàn)在常見的重整技術(shù)有甲烷-水蒸氣重整，甲烷-二氧化碳重整，其反應(yīng)分別為:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH>0

CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g)

①下圖為反應(yīng)壓強為0.3 MPa，投料比n(H2O)/n(CH4)為1，在三種不同催化劑催化作用下，甲烷-水蒸氣重整反應(yīng)中CH4轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系。

下列說法正確的是________。

A 在相同條件下，三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ

B b點CH4的轉(zhuǎn)化率高于a點，原因是b、a兩點均未達到平衡狀態(tài)，b點溫度高，反應(yīng)速率較快，故CH4的轉(zhuǎn)化率較大

C C點一定未達到平衡狀態(tài)

D 催化劑只改變反應(yīng)速率不改變平衡移動，所以在850℃時，不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率相同

②催化劑Ⅰ也可以催化甲烷-二氧化碳重整。在催化劑Ⅰ催化下，反應(yīng)溫度850 oC ，n(H2O)/n(CH4)為1的體系中，加入CO2。畫出反應(yīng)達到平衡時n(H2)/n(CO)隨進料時n(CO2)/n(CH4)的變化曲線。(已知：甲烷－二氧化碳重整的平衡常數(shù)>>甲烷-水蒸氣重整反應(yīng)的平衡常數(shù))________ 。

（3）電滲析法處理廚房垃圾發(fā)酵液，同時得到乳酸的原理如下圖所示（圖中“HA”表示乳酸分子，A－表示乳酸根離子）。

①陽極的電極反應(yīng)式為________。

②電解過程中，采取一定的措施可控制陽極室的pH約為6～8，此時進入濃縮室的OH－可忽略不計。400 mL10 g/L 乳酸溶液通電一段時間后，濃度上升為 145 g/L(溶液體積變化忽略不計)，則陰極上產(chǎn)生的H2在標準狀況下的體積約為________L。(乳酸的摩爾質(zhì)量為90g/ mol ）

Answer 1

【答案】< 0.05P BD 4OH- - 4e- = 2H2O + O2↑或2H2O+4e-= O2↑+4H+ 6.72

【解析】

此題考查反應(yīng)原理中蓋斯定律來判斷焓變的大小，及化學(xué)平衡常數(shù)的基本知識點，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)基本公式及影響因素進行解題。電極反應(yīng)書寫實質(zhì)是氧化和還原反應(yīng)的書寫，根據(jù)得失電子能力進行判斷電極反應(yīng)物。根據(jù)電子、原子、電荷守恒進行書寫電極反應(yīng)式。

（1）①由長鏈烴裂解為短鏈烴，產(chǎn)物的碳鏈越短，需要的能量越大，因此ΔH1＜ΔH2；

②已知某溫度下反應(yīng)達到平衡時C4H8、C3H6、C2H4的體積分數(shù)分別為20%、70%、10%，平衡時總壓強為P，則該溫度下反應(yīng)達到平衡時C4H8、C3H6、C2H4的分壓分別為0.2P、0.7P、0.1P，則該反應(yīng)的Kp=；

（2）①催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，無法改變反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率；

A. 我們無法通過圖像判斷出反應(yīng)達到平衡時所需要的時間，因此無法確定催化劑的效率，A錯誤；

B. b點CH4的轉(zhuǎn)化率高于a點，原因是b、a兩點均未達到平衡狀態(tài)，b點溫度高，反應(yīng)速率較快，故CH4的轉(zhuǎn)化率較大，B正確；

C. 我們無法通過圖像判斷該溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率，因此無法確定C是否達到平衡，C錯誤；

D. 催化劑只改變反應(yīng)速率不改變平衡移動，所以在850℃時，不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率相同，D正確；

故答案選BD；

②

根據(jù)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，確定當n(CO2)/n(CH4)=0時，n(H2)/n(CO)=3，當n(CO2)/n(CH4)=1，n(H2)/n(CO)=1，反應(yīng)達到平衡，畫出圖像;

（3）①陽極的電極反應(yīng)式為:4OH- - 4e- = 2H2O + O2↑或2H2O+4e-= O2↑+4H+;

②在陽極上發(fā)生電極反應(yīng)：4OH--4e-═2H2O+O2↑，陰極上發(fā)生電極反應(yīng)：2H++2e-=H2↑，根據(jù)電極反應(yīng)方程式，則有：，根據(jù)差值法，乳酸的濃度變化量是，即生成HA的物質(zhì)的量是，所以產(chǎn)生氫氣是0.3mol即。