Question

利用天然气热裂解制取乙炔和氢气近年来成为各国研究的热点，发生的主要反应为：2CH₄(g)C₂H₂(g)+3H₂(g) △H=a kJ•mol^-1，副反应：2CH₄(g)C₂H₄(g)+2H₂(g) 回答下列问题：

（1）天然气热裂解过程使用的催化剂中含有SiO₂、Al₂O₃等多种难被还原的氧化物，写出SiO₂的另外两种用途：_______________________，写出Al₂O₃与苛性钾溶液反应的离子方程式___________________；

（2）已知甲烷的燃烧热△H=-890.3kJ•mol^-1，乙炔的燃烧热△H=-1299.6kJ•mol^-1，氢气的燃烧热△H=-285.8kJ•mol^-1，则上式中的a=___________；

（3）天然气经重整催化作用生成氢气，氢气在下图所示的燃料电池中放电(以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃为电解质)，写出燃料极上发生的电极反应式_______________________________；

（4）某温度下，向1L恒容密闭容器中充入0.3mol甲烷，控制条件使其只发生上述副反应，达到平衡时，测得c(C₂H₄)=c(CH₄)，则该条件下甲烷的平衡转化率为__________；

（5）天然气裂解过程中，平衡时各气体分压(单位为Pa)的对数(δ)与温度(T)之间的关系如下图：

①副反应2CH₄(g)C₂H₄(g)+2H₂(g) 的△H__________(填“＞”或“＜”)0；

②利用图中数据计算A点温度下主要反应2CH₄(g)C₂H₂(g)+3H₂(g)的平衡常数__________(利用平衡分压代替平衡浓度计算，)。

Answer

（1）制玻璃、光纤(合理即可 ) Al2O3+2OH- =2AlO2- +H2O （2）+376.4

（3）H2 -2e-+ CO32- =H2O+CO2 （4）66.7% （5）① ＞ ② 5×104Pa2

【解析】

试题分析：（1）SiO2可用来制玻璃及光学纤维等，Al2O3是两性氧化物，能溶解于KOH，发生反应的离子方程式为Al2O3+2OH- =2AlO2- +H2O；

（2）已知：①CH4(g)+2O2 (g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ•mol-1 ；

②C2H2(g)+2.5O2(g)=2CO2 (g)+H2O(l)△H2=-1299.6kJ/mol；

③2H2 (g)+O2(g)=2H2O(l)△H3=-571.6kJ/mol；

将①×4-②-③×可得：

2CH4(g)=C2H2(g)+3H2 (g)△H=(-890.3kJ•mol-1 )×4-(-1299.6kJ•mol-1)-(-571.6kJ•mol-1)×=+376.4kJ/mol；

（3）通入甲烷的一极为原电池的负极，发生氧化反应，根据图示信息知道负极电极反应式为：H2-2e-+CO32-=CO2+H2O；

（4）设CH4的转化浓度为Xmol/L，可知：

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

初始浓度：0.3mol/L 0 0

浓度变化：Xmol/L Xmol/L

平衡浓度：(0.3-X)mol/L Xmol/L

根据c(C2H4)=c(CH4)可知：0.3-X=

解得X=0.2mol/L；

故CH4的平衡转化率=×100%=66.7%；

（5）①反应2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)为分解反应，而分解反应绝大多数为吸热反应，故此反应为吸热反应；

②结合图像，根据此反应的平衡常数表达式，将气体的平衡浓度换为平衡分压，即K===5×104。

考点：考查盖斯定律的应用、化学平衡常数以及利用三段式来计算转化率等。