Question

乙炔（CH≡CH）是重要的化工原料，广泛应用于焊割、燃料电池及有机合成等。

（1）乙炔-空气燃料电池是一种碱性（20%-30%的KOH溶液）燃料电池。电池放电时，负极的电极反应式为_____________；

（2）科学家利用“组合转化技术”，将乙炔燃烧产物CO₂转化成乙烯，反应式为：6H₂(g)+2CO₂(g)CH₂=CH₂(g)+4H₂O(g)下图为温度对CO₂平衡转化率、催化剂催化效率的影响。下列说法正确的是_____(填序号)

①250℃时，催化剂的催化效率最大

②随着温度升高，乙烯的产率增大

③M点平衡常数比N点平衡常数大

④N点正反应速率一定大于M点正反应速率

⑤增大压强可提高乙烯的体积分数

（3）甲烷裂解法制取乙炔的反应方程式为：2CH₄(g）C₂H₂(g）+3H₂(g）。已知：

CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）   △H₁= a kJ·mol^-1

C₂H₂（g）+2.5O₂（g）=2CO₂（g）+H₂O（l）   △H₂= b kJ·mol^-1

2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）   △H₃= c kJ·mol^-1

则2CH₄(g）C₂H₂(g）+3H₂(g）  △H=______kJ·mol^-1

（4）哈斯特研究发现：甲烷裂解时，几种气体平衡时分压（Pa）与温度（℃）之间的关系如图所示。甲烷裂解可能发生的反应有：2CH₄(g）C₂H₂(g）+3H₂(g），2CH₄(g）C₂H₄(g）+2H₂(g）。

①1725℃时，向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH₄，达到平衡时，测得c（C₂H₂）=c（CH₄）。则CH₄生成C₂H₂的平衡转化率为_______；

②1725℃时，反应2CH₄(g）C₂H₂(g）+3H₂(g）的平衡常数Kp=_________（用平衡分压代替平衡浓度）；

③由图可知，甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成。为提高甲烷制乙炔的产率，除改变温度外，还可采取的措施有_______。

Answer

C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O ①③⑤ （2a-b-1.5c） 1×1013 62.5% 可以充入适量的乙烯

【解析】（1）乙炔-空气燃料电池放电时，负极上乙炔失电子和氢氧根离子反应生成CO32-和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极的电极反应式为：C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O 答案为：C2H2-10e-+14OH-=2CO32-+8H2O

（2）①由图像可知，250℃时催化剂的催化效率最大，故①正确；②升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，乙烯的产率减小，故②不正确；③升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M点化学平衡常数大于点N点，故③正确；④N点的温度高，但催化剂的催化效率低；M点的催化剂的催化效率高，但温度低，所以N点正反应速率不一定大于M点正反应速率，故④不正确；⑤增大压强化学平衡向气体体积减小的方向移动，即向正方向移动，所以增大压强可提高乙烯的体积分数，故⑤正确；故答案为：①③⑤

（3）已知①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJ⋅mol−1.

             ②C2H2(g)+2.5O2(g)=2CO2 (g)+H2O(l) △H2=bkJ/mol

              ③2H2 (g)+O2(g)=2H2O(l) △H3=ckJ/mol，

将①×2−②−③×可得：2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）△H=（2a-b-1.5c）kJ·mol-1

答案为：（2a-b-1.5c）kJ·mol-1

（4）①1725℃时，设有n1mol CH4转化为C2H2，根据方程式2CH4(g）C2H2(g）+3H2(g）可得：n（C2H2）= 0.5n1 mol；设有n2mol CH4转化为C2H4，根据方程式2CH4(g）C2H4(g）+2H2(g）可得n（C2H4）=0.5n2 mol。已知1725℃时，c（C2H2）=c（CH4），所以可得①0.5n1=0.3- n1- n2；由图像可知P(C2H4)=Pa 、 P(C2H2)=Pa，由压强之比等于物质的量之比可得：②n（C2H2）/ n（C2H4）=P/Pa=10,由①和②联立可解得n1=n2= mol。所以CH4的转化率=,答案为：62.5%

②1725℃时，由图像可知：P(CH4)=Pa、P(C2H2)=Pa、P(H2)=Pa，Kp=== 1×1013.答案为：1×1013

③甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成，充入适量的乙烯，可抑制甲烷向乙烯的转化，从而提高甲烷制乙炔的转化率，答案为：可以充入适量的乙烯。