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，其反应如下：

化学键
	a	b	c	d

(1)已知相关化学键的键能如上表，甲烷制备乙烯反应的______用含a、b、c、d的代数式表示。

温度时，向1L的恒容反应器中充入2，仅发生上述反应，反应过程中min的物质的量随时间变化如图1，测得min时的浓度为

min内表示的反应速率为______

若图1中曲线a、曲线b分别表示在温度时，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，达到平衡过程中n的变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是______（填“a“或“b”）。

min时，若改变外界反应条件，导致发生图中所示变化，则改变的条件可能是_______任答一条即可。

实验测得：，，其中、为速率常数仅与温度有关，温度时与的比值为______（填数值）。若将温度由升高到，则反应速率增大的倍数______V逆 （选填“”、“”或“<”）。

科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图2所示，电解质是掺杂了与的固体，可在高温下传导

极为______极（选填“阳”或“阴”）。

该电池工作时负极反应方程式为________。

用该电池电解饱和食盐水，一段时间后收集到标况下气体总体积为11.2L，则透过阳离子交换膜的离子的物质的量为_________ mol

Answer 1

【答案】 b 升高温度或减小压强 阳 0.5

【解析】

ΔH=反应物总键能-生成物总键能；

⑴ΔH=反应物总键能-生成物总键能=[2×4b－(c＋4b)－2a]kJ·mol－1=＋(4b－c－2a)kJ·mol－1，故答案：＋(4b－c－2a)kJ·mol－1；

⑵①2 mol 甲烷放入1 L容器中，其浓度为2 mol·L－1，其甲烷的速率为

故答案为0.16mol·L－1·min－1

②催化剂表面积越大，催化效果越好，速率越快，达到平衡所需的时间越短，所以曲线b的催化剂表面积较大，故答案为b；

③15 min时，改变外界反应条件，导致n(CH4)减小，说明平衡向消耗CH4的方向移动，所以改变的条件可能是升高温度或减小压强，故答案为升高温度或减小压强；

⑶ 2CH4(g) C2H4(g) +2H2(g)

c始（mol/L） 2 0 0

Δc（mol/L） 1.6 0.8 1.6

c末（mol/L） 0.4 0.8 1.6

T1温度时，该反应的平衡常数，且达到平衡时有v正=v逆，即k正c2(CH4)=k逆c(C2H4)·c2(H2)，则

故答案为12.8；

该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，v正＞v逆。

故答案为＞；

⑷①甲烷燃料电池，通燃料一极为负极，通氧气一极为正极，连原电池正极的C极为电解池的阳极，连原电池负极的D极为电解池的阴极；

故答案：阳；

②根据图示，电解质为传导的O2－，燃料电池的负极是甲烷与O2－反应生成H2O和CO2的反应，所以电极反应为CH4－8e－＋4O2－==CO2＋2H2O，

故答案为CH4－8e－＋4O2－= CO2＋2H2O；

③根据离子方程式2Cl－＋2H2O = 2OH－＋Cl2↑＋H2↑；可知，电解一段时间后，共收集到标准状况下气体11.2 L，即气体的物质的量为0.5mol，由于产生0.5 mol气体生成了0.5 mol氢氧根，根据电荷守恒原理，透过阳离子交换膜的钠离子物质的量为0.5 mol；

故答案为0.5 。