Question

【題目】頁巖氣中含有較多的乙烷，可將其轉(zhuǎn)化為更有工業(yè)價值的乙烯。

（1） 二氧化碳氧化乙烷制乙烯。

將C2H6和CO2按物質(zhì)的量之比為1∶1通入反應(yīng)器中，發(fā)生如下反應(yīng)：

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計算ΔH3＝______kJ·mol1。

②反應(yīng)ⅳ：C2H6(g) 2C(s)+3H2(g)為積碳反應(yīng)，生成的碳附著在催化劑表面， 降低催化劑的活性，適當通入過量 CO2 可以有效緩解積碳，結(jié)合方程式解釋其原因：__。

③二氧化碳氧化乙烷制乙烯的研究熱點之一是選擇催化劑，相同反應(yīng)時間，不同溫度、不同催化劑的數(shù)據(jù)如下表（均未達到平衡狀態(tài)）：

（注）C2H4 選擇性：轉(zhuǎn)化的乙烷中生成乙烯的百分比。

CO 選擇性：轉(zhuǎn)化的 CO2 中生成 CO 的百分比。

對比Ⅰ和Ⅱ，該反應(yīng)應(yīng)該選擇的催化劑為__，理由是__。實驗條件下，鉻鹽作催化劑時，隨溫度升高，C2H6 的轉(zhuǎn)化率升高，但 C2H4 的選擇性降低，原因是__。

（2） 利用質(zhì)子傳導(dǎo)型固體氧化物電解池將乙烷轉(zhuǎn)化為乙烯，示意圖如圖：

①電極 a 與電源的______極相連。

②電極 b 的電極反應(yīng)式是 ______。

Answer 1

【答案】+177.6 增大CO2的量，發(fā)生反應(yīng)C+CO2 2CO，消耗C；增大CO2的量，反

應(yīng)ⅲ正向進行程度增加，降低了C2H6的濃度，反應(yīng)ⅳ進行的程度減小 鉻鹽 相同溫度下，鉻鹽作催化劑時C2H6的轉(zhuǎn)化率和C2H4的選擇性均較高 溫度升高，反應(yīng)ⅰ、ⅲ、ⅳ的化學(xué)反應(yīng)速率均增大，反應(yīng)ⅳ增大的更多 正極 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

由蓋斯定律可知，反應(yīng)ⅰ+反應(yīng)ⅱ得反應(yīng)ⅲ，則ΔH3＝ΔH1+ΔH2=（+136.4 kJ·mol 1）+（+41.2 kJ·mol 1）=+177.6 kJ·mol 1，故答案為：+177.6；

②增大二氧化碳的量，可以有效緩解積碳的原因是，二氧化碳能與碳在加熱條件下反應(yīng)生成一氧化碳，消耗積碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+CO2 2CO；增大二氧化碳的量，反應(yīng)ⅲ向正正反應(yīng)方向移動，降低了體系中C2H6的濃度，使反應(yīng)ⅳ向逆反應(yīng)方向移動，減少積碳的生成，故答案為：增大CO2的量，發(fā)生反應(yīng)C+CO2 2CO，消耗C；增大CO2的量，反應(yīng)ⅲ正向進行程度增加，降低了C2H6的濃度，反應(yīng)ⅳ進行的程度減��；

③由表格數(shù)據(jù)可知，相同溫度下，鉻鹽作催化劑時，C2H6的轉(zhuǎn)化率和C2H4的選擇性均較高，則對比Ⅰ和Ⅱ，該反應(yīng)應(yīng)該選擇的催化劑為鉻鹽；升高溫度，反應(yīng)ⅰ、ⅲ、ⅳ的化學(xué)反應(yīng)速率均增大，反應(yīng)ⅳ的化學(xué)反應(yīng)速率增大的幅度更大，導(dǎo)致C2H6 的轉(zhuǎn)化率升高，C2H4的選擇性降低，故答案為：溫度升高，反應(yīng)ⅰ、ⅲ、ⅳ的化學(xué)反應(yīng)速率均增大，反應(yīng)ⅳ增大的更多；

（2）①電解池中，陽離子向陰極移動，由圖給氫離子的移動方向可知，電極 a為陽極，與電源正極相連，故答案為：正；

②電解池中，陽離子向陰極移動，由圖給氫離子的移動方向可知，電極b為陰極，在氫離子作用下，二氧化碳在陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CO2 +2e－+2H+=CO+H2O。