Question

乙炔、乙烯均是重要的化工原料。回答下列问题：

（1）1902年，Sabatier首次发现，常压下过渡金属可以催化含有双键或叁键的气态烃的加氢反应。

①已知：C₂H₂（g）＋H₂（g）═C₂H₄（g）△H₁=-174.3kJ·mol^—1

K₁（300K）=3.37×10²⁴

C₂H₂（g）＋2H₂（g）=C₂H₆（g）△H₂═-311.0kJ·mol^一l

K₂（300K）═1.19×10⁴²

则反应C₂H₄（g）＋H₂（g）═C₂H₆（g）的△H=___kJ·mol^一1，K（300K）=__（保留三位有效数字）。

②2010年Sheth等得出乙炔在Pd表面选择加氢的反应机理（如图）。其中吸附在Pd表面上的物种用*标注。

上述吸附反应为____（填“放热”或“吸热”）反应，该历程中最大能垒（活化能）为____kJ·mol^-1，该步骤的化学方程式为____。

（2）在恒容密闭容器中充入乙烯，一定条件下发生反应C₂H₄（g）⇌C₂H₂（g）＋H₂（g）。乙烯的离解率为a，平衡时容器内气体总压强为P_总，则分压p（C₂H₄）═___（用p_总和a表示）。

（3）用如图装置电解含CO₂的某酸性废水溶液，阴极产物中含有乙烯。

该分离膜为___（填“阳”或“阴”）离子选择性交换膜；生成乙烯的电极反应式为___。

Answer

-136.7 3.53×1017 放热 +85 C2H3*＋H*→C2H4* 阳 2CO2＋12H+＋12e-=C2H4＋4H2O

【解析】

（1）①根据盖斯定律，△H2－△H1可得C2H4（g）＋H2（g）═C2H6（g）的△H，K=；

②吸附时能量降低，解吸时能量升高，C2H3*＋H*→C2H4*的活化能最大，为＋85kJ·mol－1；

（2）根据三段式列式求解；平衡分压：p（C2H4）＝n（C2H4）/n总 P总；

（3）阳极发生反应：2H2O一4e-=4H＋＋O2↑，生成的H＋向阴极移动，故用阳离子选择性交换膜，在阳极CO2得到电子结合H＋生成一系列燃料，其中生成乙烯的电极反应为2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O。

（1）①C2H4（g）＋H2（g）═C2H6（g）的△H＝△H2－△H1＝－136.7kJ·mol－1，300K时的平衡常数K＝＝1.19×1042/3.37×1024=3.53×1017。

②由图可知，吸附时能量降低，解吸时能量升高，如C2H4*→C2H4 △H＝＋82kJ·mol－1，基元反应中，C2H3*＋H*→C2H4*的活化能最大，为＋85kJ·mol－1。

（2）由反应：C2H4（g）C2H2（g）＋H2（g）

起始/mol n 0 0

转化/mol

平衡/mol

平衡时总物质的量：，

平衡分压：p（C2H4）＝。

（3）阳极发生反应：2H2O一4e-=4H＋＋O2↑，生成的H＋向阴极移动，故用阳离子选择性交换膜，在阳极CO2得到电子结合H＋生成一系列燃料，其中生成乙烯的电极反应为2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O。