Question

页岩气中含有较多的乙烷，可将其转化为更有工业价值的乙烯。

（1） 二氧化碳氧化乙烷制乙烯。

将C₂H₆和CO₂按物质的量之比为1∶1通入反应器中，发生如下反应：

ⅰ．C₂H₆(g) C₂H₄(g) + H₂(g) ΔH₁＝+136.4 kJ·mol^{− 1}

ⅱ．CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) ΔH₂＝+41.2 kJ·mol^{− 1}

ⅲ．C₂H₆(g) +CO₂(g) C₂H₄(g) +CO(g) +H₂O(g) ΔH₃

①用ΔH₁、ΔH₂计算ΔH₃＝______kJ·mol⁻¹。

②反应ⅳ：C₂H₆(g) 2C(s)+3H₂(g)为积碳反应，生成的碳附着在催化剂表面， 降低催化剂的活性，适当通入过量 CO₂ 可以有效缓解积碳，结合方程式解释其原因：__。

③二氧化碳氧化乙烷制乙烯的研究热点之一是选择催化剂，相同反应时间，不同温度、不同催化剂的数据如下表（均未达到平衡状态）：

（注）C₂H₄ 选择性：转化的乙烷中生成乙烯的百分比。

CO 选择性：转化的 CO₂ 中生成 CO 的百分比。

对比Ⅰ和Ⅱ，该反应应该选择的催化剂为__，理由是__。实验条件下，铬盐作催化剂时，随温度升高，C₂H₆ 的转化率升高，但 C₂H₄ 的选择性降低，原因是__。

（2） 利用质子传导型固体氧化物电解池将乙烷转化为乙烯，示意图如图：

①电极 a 与电源的______极相连。

②电极 b 的电极反应式是 ______。

Answer

+177.6 增大CO2的量，发生反应C+CO2 2CO，消耗C；增大CO2的量，反

应ⅲ正向进行程度增加，降低了C2H6的浓度，反应ⅳ进行的程度减小 铬盐 相同温度下，铬盐作催化剂时C2H6的转化率和C2H4的选择性均较高 温度升高，反应ⅰ、ⅲ、ⅳ的化学反应速率均增大，反应ⅳ增大的更多 正极 CO2 +2e－+2H+=CO+H2O

【解析】

（1）①已知：C2H6(g) C2H4(g) + H2(g) ΔH1＝+136.4 kJ·mol− 1

ⅱ．CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) ΔH2＝+41.2 kJ·mol− 1

ⅲ．C2H6(g) +CO2(g) C2H4(g) +CO(g) +H2O(g) ΔH3

由盖斯定律可知，反应ⅰ+反应ⅱ得反应ⅲ，则ΔH3＝ΔH1+ΔH2=（+136.4 kJ·mol− 1）+（+41.2 kJ·mol− 1）=+177.6 kJ·mol− 1，故答案为：+177.6；

②增大二氧化碳的量，可以有效缓解积碳的原因是，二氧化碳能与碳在加热条件下反应生成一氧化碳，消耗积碳，反应的化学方程式为C+CO2 2CO；增大二氧化碳的量，反应ⅲ向正正反应方向移动，降低了体系中C2H6的浓度，使反应ⅳ向逆反应方向移动，减少积碳的生成，故答案为：增大CO2的量，发生反应C+CO2 2CO，消耗C；增大CO2的量，反应ⅲ正向进行程度增加，降低了C2H6的浓度，反应ⅳ进行的程度减小；

③由表格数据可知，相同温度下，铬盐作催化剂时，C2H6的转化率和C2H4的选择性均较高，则对比Ⅰ和Ⅱ，该反应应该选择的催化剂为铬盐；升高温度，反应ⅰ、ⅲ、ⅳ的化学反应速率均增大，反应ⅳ的化学反应速率增大的幅度更大，导致C2H6 的转化率升高，C2H4的选择性降低，故答案为：温度升高，反应ⅰ、ⅲ、ⅳ的化学反应速率均增大，反应ⅳ增大的更多；

（2）①电解池中，阳离子向阴极移动，由图给氢离子的移动方向可知，电极 a为阳极，与电源正极相连，故答案为：正；

②电解池中，阳离子向阴极移动，由图给氢离子的移动方向可知，电极b为阴极，在氢离子作用下，二氧化碳在阴极上得电子发生还原反应生成一氧化碳和水，电极反应式为CO2 +2e－+2H+=CO+H2O。