Question

【題目】能源問(wèn)題是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大問(wèn)題,合理的開(kāi)發(fā)利用至關(guān)重要。

（1）丁烯是石油化工中的重要產(chǎn)物,正丁烷脫氫可制備1-丁烯:C4H10（g） =C4Hg（g） +H2（g） △H。 下表為該反應(yīng)中所涉及物質(zhì)的鍵能數(shù)據(jù):

則△H=_______

（2）甲醇是未來(lái)重要的綠色能源之一,常見(jiàn)的合成反應(yīng)為CO（g） +2H2（g） CH3OH（g）H<0;為了探究反應(yīng)物的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示:

該反應(yīng)速率的通式為v正=k正cm（CO）.cn（H2）（k是與溫度有關(guān)的速率常數(shù)）。由表中數(shù)據(jù)可確定反應(yīng)速率通式中m和n分別_____、_____（ 取正整數(shù)）。

（3）合成甲醇的原料氣既可由煤氣化提供,也可由天然氣與水蒸氣通過(guò)下列反應(yīng)制備:CH4（g） + H2O（g） CO（g） +3H2（g）H>0。向100 L剛性密閉容器中充人1 mol CH4和3 mol水蒸氣進(jìn)行反應(yīng),不同溫度和壓強(qiáng)下平衡體系中CH4的平衡轉(zhuǎn)化率情況如圖1所示:

①p1____p2（填“<”“>”或“="）。

②已知壓強(qiáng)為P1,溫度為100°C時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min,則0~5min內(nèi)用H2表示的平均反應(yīng)速率為______；該溫度下的平衡常數(shù)K=_______mol2·L-2。

（4）近年來(lái),有人研究用溫室氣體二氧化碳通過(guò)電催化生成多種燃料,其工作原理如圖2所示。

①寫(xiě)出Cu電極上產(chǎn)生乙烯的電極反應(yīng)式:_____________；如果Cu電極上生成0.17molCO和0.33molHCOOH,則Pt電極上產(chǎn)生O2的物質(zhì)的量為__________mol。

②HCOOH為一元弱酸,常溫下將0.1mol·L-1HCOOH溶液與0.1mol·L-1NaOH溶液按體積比a:b混合（忽略溶液體積的變化），混合后溶液恰好顯中性,則HCOOH的電離常數(shù)為______（用含a、b的代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】+125kJ/mol 1 1 < 0.003 mol/(L·min) 1.35×10-4 2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O 0.25

【解析】

(1)焓變=反應(yīng)物鍵能-生成物鍵能，據(jù)此計(jì)算；

(2)將表格數(shù)據(jù)代入公式，利用待定系數(shù)法求解；

(3)①該反應(yīng)為壓強(qiáng)增大的反應(yīng)，同溫度下壓強(qiáng)越大甲烷的轉(zhuǎn)化率越低；

②根據(jù)計(jì)算反應(yīng)速率甲烷的速率，再推算用氫氣表示的反應(yīng)速率；K等于生成物濃度冪(以其化學(xué)計(jì)量數(shù)為冪)之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值；

(4)①銅電極為陰極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)；根據(jù)電路中電子守恒進(jìn)行計(jì)算；

②HCOOH的電離常數(shù)K=，據(jù)此進(jìn)行計(jì)算。

(1)△H =反應(yīng)物鍵能-生成物鍵能=(10×414kJ/mol+3×348kJ/mol)-(8×414kJ/mol+2×348kJ/mol+615kJ/mol+436kJ/mol)=+125kJ/mol，故答案為：+125kJ/mol；

(2)v正=k正cm(CO)·cn(H2)可知①中0.361mol/(L·min)= k正×(0.24mol/L)m×(0.48mol/L)n；②中：0.720mol/(L·min)= k正×(0.24mol/L)m×(0.96mol/L)n；③中：0.719mol/(L·min)= k正×(0.48mol/L)m×(0.48mol/L)n；則②/①可得2=2n，即n=1；③/①得2=2m，則m=1，故答案為：1；1；

(3)①該反應(yīng)為壓強(qiáng)增大的反應(yīng)，同溫度下壓強(qiáng)越大甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，所以p1<p2，故答案為：<；

②據(jù)圖可知壓強(qiáng)為P1，溫度為100°C時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為50%，所以平衡時(shí)c(CH4)==0.005mol/L，所以v(CH4)==0.001 mol/(L·min)，v(H2)=3 v(CH4)=0.003 mol/(L·min)，

平衡時(shí)c(CH4)=0.005mol/L，反應(yīng)了甲烷0.5mol，根據(jù)反應(yīng)方程式CH4(g) + H2O(g) CO(g) +3H2(g)可知平衡時(shí)c(H2O)==0.025mol/L，c(CO)= c(CH4)=0.005mol/L，c(H2)= 3c(CH4)=0.015mol/L，所以平衡常數(shù)K==1.35×10-4mol-2·L-2，故答案為：0.003 mol/(L·min)；1.35×10-4；

(4)①銅電極與電源負(fù)極相連為陰極，CO2得電子被還原生成C2H4，根據(jù)電荷守恒元素守恒可知電極反應(yīng)方程式為：2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O；CO和HCOOH中碳均為+2價(jià)，CO2轉(zhuǎn)化成CO或HCOOH化合價(jià)均降低2價(jià)，所以生成0.17molCO和0.33molHCOOH時(shí)轉(zhuǎn)移的電子為1mol，則生成的氧氣為0.25mol，故答案為：2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O；0.25；

②混合后溶液呈中性，所以c(H+)= c(OH-)=10-7mol/L，根據(jù)電荷可知c(HCOO-)=c(Na+)=，根據(jù)物料守恒有：c(HCOO-)+ c(HCOOH)=，所以c(HCOOH)=，電離平衡常數(shù)K=，故答案為：。