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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷72
利用甲烷催化裂解制备乙烯、乙炔,也可以与在催化剂的作用下合成甲醇,有利于实现碳资源的有效循环。
(1)甲烷催化裂解制备乙烯、乙炔时涉及以下反应:
反应I:   
反应Ⅱ:   
反应Ⅲ:   
反应Ⅳ:   
_______
(2)甲烷在固体催化剂表面发生反应I的过程如图所示。

①A、B、C中能量状态最高的是_______,A到B的能量变化_______B到C的能量变化(填“”、“”或“”)。
②某温度下,反应(k为速率常数),部分数据如表所示。
0.054.8
19.2
0.158.1
该温度下_______,温度升高,速率常数增大的倍数:_______(填“”、“”或“”)。
(3)一定条件下,甲烷裂解体系中几种气体的平衡分压的对数与温度的关系如图所示。

时,反应I、Ⅲ中,反应倾向较大的是_______
②工业上催化裂解甲烷常通入一定量的,原因是_______
(4)在催化剂的作用下,利用合成甲醇。
主反应:
副反应:
在温度为、压强为下,向容器中充入,充分反应达平衡时的转化率为,产物的选择性[如甲醇的选择性]如图所示:

计算平衡时的物质的量为_______。副反应的相对压力平衡常数_______(已知:气体的相对分压等于其分压除以标准压强,相对压力平衡常数是指用相对分压代替浓度计算的平衡常数)。
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工业上可采用烷烃裂解法制备烯烃、炔烃和氢气等重要化工产品。
(1)乙烷裂解制乙烯的方法有CO2氧化乙烷裂解法和乙烷直接裂解法,有关反应原理如下:
反应I. CO2(g)+C2H6(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)
反应Ⅱ.C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)     ΔH=+137 kJ/mol
①反应1中涉及的物质CO2和C2H4中碳原子的杂化方式分别为___________
②已知键能数据E(C-H)=416kJ/mol, E(H-H)=436 kJ/mol,计算生成1mol碳碳π键放出的能量为___________kJ。
(2)工业上甲烷催化裂解也可制备氢气,有关反应原理如下:
反应Ⅲ. 2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)   ΔH1>0
反应Ⅳ.2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)   ΔH2>0
①若用表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂,如图在催化剂表面进行反应Ⅲ,从吸附到解吸的过程中,能量状态最低的是___________(填字母)。

②实验测得反应Ⅲ的速率方程:(k、k分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。T1℃下反应达到平衡时k=2k,T2℃下反应达到平衡时k=3k。由此推知,T1___________T2(填“>”、“<”或“=”)。
③在密闭容器中充入一定量CH4,发生上述反应Ⅲ和反应Ⅳ。在不同催化剂Catl、Cat2作用下,测得单位时间内H₂产率与温度的关系如图。其他条件相同时,催化效率较高的是___________(填“Cat1”或“Cat2”)。在Cat2作用下,温度高于500℃时,H2产率降低的可能原因是___________ 。(任写一条即可)。

(3)一定温度下,总压强恒定为121kPa时,向密闭容器中充入CH4和N2的混合气体(N2不参与反应),同时发生反应Ⅲ和反应Ⅳ,测得CH4的平衡转化率与通入气体中CH4的物质的量分数的关系如图。

①图中,随着通入气体中CH4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是___________
②已知M点对应乙炔的选择性为75%,求该温度下生成氢气的分压为___________kPa。[已知:C2H2的选择性=×100%,分压=物质的量分数×总压]

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