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【題目】乙炔(C2H2)在氣焊、氣割及有機合成中用途非常廣泛,可由電石(CaC2)直接水化法或甲烷在1500℃左右氣相裂解法生產。

(1)電石水化法制乙炔是將生石灰與焦炭在3000℃下反應生成CaC2,CaC2再與水反應即得到乙炔。CaC2與水反應的化學方程式為____

(2)已知:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(1) H1=890.3kJ/mol

C2H2(g)+2.50(g)===2CO2(g)+H2O(1) H2=1299.6J/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) H3=571.6kJ/mol

則甲烷氣相裂解反應:2CH4(g)===C2H2(g)+3H2(g)H=_____kJ/mol。

(3)哈斯特研究得出當甲烷分解時,幾種氣體平衡時分壓(Pa)與溫度()的關系如圖所示。

T1℃時,向1L恒容密閉容器中充入0.3 mol CH4只發(fā)生反應2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),達到平衡時,測得c(C2H4)=c(CH4)。該反應的H____0(“>”“<”)CH4的平衡轉化率為____%(保留3位有效數字)。上述平衡狀態(tài)某一時刻,若改變溫度至T2℃,CH40.01mol/(L·s)的平均速率增多,經ts后再次達到平衡,平衡時,c(CH4)=2c(C2H4),則T1_____(“>”“<”)T2,t=______s。

②列式計算反應2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)在圖中A點溫度時的平衡常數K=____(用平衡分壓代替平衡濃度計算,lg0.05=1.3)。

③由圖可知,甲烷裂解制乙炔有副產物乙烯生成,為提高甲烷制乙炔的轉化率,除改變溫度外,還可采取的措施有___________。

【答案】CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2 +376.4kJ/mol > 66.7% > 5 5×104 可以充入適量的乙烯

【解析】

(1)碳化鈣和水反應生成氫氧化鈣和乙炔;

(2)根據蓋斯定律來分析;

(3)①分解反應絕大多數為吸熱反應;設出CH4的轉化濃度,然后根據三段式,利用c(C2H4)=c(CH4)來解答;根據改變溫度后,CH4的濃度升高來判斷溫度的變化;表示出變化后的CH4和C2H4的濃度,然后根據c(CH4)=2c(C2H4)來計算;

②根據平衡常數表達式來計算;

③甲烷裂解制乙炔有副產物乙烯生成,為提高甲烷制乙炔的轉化率,可以充入適量的乙烯。

(1)碳化鈣和水反應生成氫氧化鈣和乙炔,反應的化學方程式為:CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑,故答案為:CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑;

(2)將已知反應依次編號為①、②、③,由蓋斯定律將①×4-②-③×可得:2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g),則△H=(-890.3kJmol-1)×4-(-1299.6kJmol-1)-(-571.6kJmol-1)×=+376.4kJ/mol,故答案為:+376.4kJ/mol;

(3)①升高溫度,平衡向吸熱反應方向移動,由圖可知,溫度升高,C2H4的平衡分壓增大,說明反應2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)向正反應方向移動,則該反應為吸熱反應;設平衡時C2H4的平衡濃度為Xmol,由題給數據建立如下三段式:

2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)

起(mol/L)0.3 0 0

變(mol/L)2X X 2X

平(mol/L)0.3—2X X 2X

由c(C2H4)=c(CH4)可得0.3—2X=X,解得X=0.1mol,CH4的平衡轉化率=×100%=66.7%;改變溫度后,CH4的濃度升高,說明平衡向正反應方向移動,則溫度應為降低,即T1>T2;由于CH4以0.01mol/(Ls)的平均速率增多,經ts后再次達到平衡,故在ts的時間內,CH4的濃度變化為0.01tmol/L,利用三段式來計算:

2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)

起(mol/L)0.1 0.1 0.2

變(mol/L)0.01t 0.005t 0.01t

平(mol/L)0.1+0.01t 0.1—0.005t 0.2—0.01t

由c(CH4)=2c(C2H4)可得0.1+0.01t=2×(0.1-0.005t),解得t=5S,故答案為:>;66.7%;>;5;

②由圖中數據可知,A點溫度時,C2H2平衡分壓為0.05 Pa,H2平衡分壓為104Pa,CH4平衡分壓為103Pa,則平衡常數K==5×104 Pa,故答案為:5×104

③甲烷裂解制乙炔有副產物乙烯生成,充入適量的乙烯,可抑制甲烷向乙烯的轉化,從而提高甲烷制乙炔的轉化率,故答案為:可以充入適量的乙烯。

練習冊系列答案
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____________________________________________

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