Question

【題目】碳的化合物在工業上應用廣泛，下面有幾種碳的化合物的具體應用：

(1)已知下列熱化學方程式:

i. CH2=CHCH3(g)+ Cl2(g)=CH2ClCHClCH3(g) △H1= -133 kJ·mol-1

ii. CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)=CH2 =CHCH2Cl(g)+HCl(g) △H2= -100 kJ·mol-1

又已知在相同條件下，CH2=CHCH2Cl(g)+HCl(g)=CH2ClCHClCH3(g) 的正反應的活化能Ea(正)為132 kJmol-1，則逆反應的活化能Ea(逆)為________kJmol-1。

(2)查閱資料得知，反應CH3CHO(aq)=CH4(g)+CO(g)在含有少量I2的溶液中分兩步進行:

第I步反應為CH3CHO(aq)+I2(aq)→CH3I(l) +HI(aq)+CO(g)(慢反應)；

第II步為快反應。增大I2的濃度________(填“能”或“ 不能”)明顯增大總反應的平均速率，理由為______________。

(3)用催化劑Fe3(CO)12/ZSM -5催化CO2加氫合成乙烯的反應，所得產物含CH4、C3H6、C4H8等副產物，反應過程如圖。

催化劑中添加Na、K、Cu助劑后(助劑也起催化作用)可改變反應的選擇性，在其他條件相同時，添加不同助劑，經過相同時間后測得CO2轉化率和各產物的物質的量分數如下表。

欲提高單位時間內乙烯的產量，在Fe3(CO)12/ZSM -5中添加__________助劑效果最好；加入助劑能提高單位時間內乙烯產量的根本原因是__________________。

(4)在一密閉容器中，起始時向該容器中充入H2S和CH4且n(H2S):n(CH4) =2:1，發生反應：CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)。0. 11MPa時，溫度變化對平衡時產物的物質的量分數的影響如下圖所示：

為提高H2S的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是______________(列舉一條)。N點對應溫度下，該反應的Kp=______ ( MPa)2(Kp為以分壓表示的平衡常數)。

(5)合成碳酸二甲酯的工作原理如下圖所示。

陽極的電極反應式為_______，離子交換膜a為__________(填“陽膜”、“陰膜”)。

Answer 1

【答案】165 能 總反應的平均速率由慢反應決定，I2 為慢反應的反應物，增大I2的濃度，慢反應的反應速率增大，則總反應的反應速率增大(或根據總反應可知I2可為該反應的催化劑，增大I2的濃度，可以增大總反應的平均反應速率) K 降低生成乙烯的反應所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而對其他副反應幾乎無影響 減小體系壓強，或及時分離出產物，或減小起始時等(任寫一條) 8×10-4 2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+ 陽膜

【解析】

(1)i.CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)=CH2ClCHClCH3(g) △H1= -133 kJ·mol-1

ii.CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)=CH2=CHCH2Cl(g)+HCl(g) △H2= -100 kJ·mol-1

根據蓋斯定律，將i-ii得CH2=CHCH2Cl(g)+HCl(g)=CH2ClCHClCH3(g)，△H=Ea(正)-Ea(逆)；

(2)第II步反應可由總反應-第I步反應得到，總反應的平均速率由慢反應決定，根據增大I2的濃度對反應速率的影響分析，或從催化劑的角度分析；

(3)由表中數據，兼顧乙烯的產率、CO2轉化率和對副反應的影響，選擇添加K助劑效果最好，其他副反應占比少，根本原因是降低反應的活化能、加快乙烯生成速率；

(4)根據圖示，升高溫度，CH4的物質的量分數減小，說明升高溫度，平衡正移；為提高H2S的平衡轉化率，即平衡正移，除改變溫度外，還可減小體系壓強、及時分離出產物、減小起始時等；N點時，n(H2S)%=n(H2)%，設起始加入甲烷物質的量為3mol，轉化甲烷物質的量為xmol，列“三段式”：

6-2x=4x，解出x，平衡常數KP=；

(5)該裝置為電解池，根據圖示，O2在電極表面轉化為H2O，氧元素的化合價降低，得電子，發生還原反應，則通入氧氣的一極為陰極，電源電極B為負極，A為正極，故通入一氧化碳和甲醇的一極為陽極，陽極的電極反應為2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+，陰極的電極反應為：O2+4H++4e-=2H2O，據此分析解答。

(1)已知：i. CH2=CHCH3(g)+C12(g)=CH2ClCHClCH3(g) △H1= -133 kJ·mol-1

ii. CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)=CH2 =CHCH2Cl(g)+HCl(g) △H2= -100 kJ·mol-1

根據蓋斯定律，將i-ii得CH2=CHCH2Cl(g)+HCl(g)=CH2ClCHClCH3(g) △H=-133 kJ·mol-1-(-100 kJ·mol-1)=-33 kJ·mol-1，△H=Ea(正)-Ea(逆)，則逆反應的活化能Ea(逆)為132 kJmol-1+33 kJ·mol-1=165 kJ·mol-1；

(2)根據題意，第II步反應=總反應-第I步反應，則第II步反應為CH3I(l) +HI(aq)= I2(aq)+ CH4(g)，總反應的平均速率由慢反應決定，I2為慢反應的反應物，增大I2的濃度，慢反應的反應速率增大，則總反應的反應速率增大(或根據總反應和兩步反應可知，I2可為該反應的催化劑，增大I2的濃度，可以增大總反應的平均反應速率)；

(3)由表中數據可知，添加Na助劑時其他副反應占比大，添加Cu助劑時CO2轉化率低，兼顧乙烯的產率、CO2轉化率和對副反應的影響，選擇添加K助劑效果最好，不僅能提高單位時間內乙烯產量，并且其他副反應占比少，根本原因是降低反應的活化能、加快乙烯生成速率；

(4)根據圖示，升高溫度，CH4的物質的量分數減小，說明升高溫度，平衡正移，正反應為吸熱反應，△H＞0；為提高H2S的平衡轉化率，即平衡正移，除改變溫度外，還可減小體系壓強、及時分離出產物、減小起始時等；N點時，n(H2S)%=n(H2)%，設起始加入甲烷物質的量為3mol，轉化甲烷物質的量為xmol，列“三段式”：

6-2x=4x，解出x＝1，平衡時體系總物質的量為(2+4+1+4)mol=11mol，平衡常數KP===8×10-4( MPa)2；

(5)該裝置為電解池，根據圖示，O2在電極表面轉化為H2O，氧元素的化合價降低，得電子，發生還原反應，則通入氧氣的一極為陰極，電源電極B為負極，A為正極，故通入一氧化碳和甲醇的一極為陽極，陽極的電極反應為2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+，陰極的電極反應為：O2+4H++4e-=2H2O，根據陰極反應，氧氣和氫離子結合產生水，氫離子來自于陽極反應的產物，則H+透過交換膜向陰極移動，則離子交換膜a為陽膜。