Question

18．以天然氣替代石油生產(chǎn)液體燃料和基礎(chǔ)化學(xué)品是當(dāng)前化學(xué)研究和發(fā)展的重點(diǎn)．
（1）我國(guó)科學(xué)家包信和院士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)造性地構(gòu)建了硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了甲烷一步高效生產(chǎn)鏈烴X、芳烴Y和Z等重要化工原料，反應(yīng)過(guò)程本身實(shí)現(xiàn)了CO₂的零排放，碳原子利用效率達(dá)到100%．若X、Y、Z的相對(duì)分子質(zhì)量分別為28、78、128，且X、Y的核磁共振氫譜只有一個(gè)峰，Z的核磁共振氫譜有二個(gè)峰．
①有關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H-H	C═C	C-C	C≡C	C-H
E/（kJ•mol-1）	436.0	615	347.7	812	413.4

寫(xiě)出甲烷一步生成X的熱化學(xué)方程式2CH₄（g）$\stackrel{催化劑}{→}$C₂H₄（g）+2H₂（g）△H=+166.6kJ/mol，
硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)的速率．
②甲烷生成芳烴Y的原子利用率為81.25%．
③Z的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為（CH₃）₃CCH₂C（CH₃）₃，其二氯取代物有6種．
（2）碳酸乙二醇酯在鋰電池中有重要用途．已知：

①請(qǐng)以CO₂、X、空氣為原料，利用綠色化學(xué)原則制備碳酸乙二醇酯，寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式、．
②生產(chǎn)1t碳酸乙二醇酯在理論上可以吸收0.5t CO₂．

Answer 1

分析 甲烷一步生產(chǎn)鏈烴X、芳烴Y和Z，反應(yīng)過(guò)程本身實(shí)現(xiàn)了CO₂的零排放，即碳原子守恒，X、Y、Z的相對(duì)分子質(zhì)量分別為28、78、128，且X、Y的核磁共振氫譜只有一個(gè)峰，Z的核磁共振氫譜有二個(gè)峰，則X為CH₂=CH₂，Y為苯，Z為對(duì)（CH₃）₃CCH₂C（CH₃），
（1）①甲烷一步生成CH₂=CH₂，斷裂碳?xì)滏I，形成碳碳雙鍵，據(jù)此書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；催化劑在反應(yīng)中可以降低反應(yīng)的活化能；
②甲烷生成苯的反應(yīng)方程式為6CH₄→+9H₂，根據(jù)苯的原子質(zhì)量除以反應(yīng)物中原子總質(zhì)量計(jì)算原子利用率；
③根據(jù)上面的分析可知Z的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式；根據(jù)定一動(dòng)一的原則確定其二氯代物的種類；
（2）①以CO₂、CH₂=CH₂、空氣為原料制備碳酸乙二醇酯，可以先將乙烯氧化成環(huán)氧乙烷，再用環(huán)氧乙烷與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸乙二醇酯；
②根據(jù)碳元素守恒計(jì)算二氧化碳的質(zhì)量．

解答 解：甲烷一步生產(chǎn)鏈烴X、芳烴Y和Z，反應(yīng)過(guò)程本身實(shí)現(xiàn)了CO₂的零排放，即碳原子守恒，X、Y、Z的相對(duì)分子質(zhì)量分別為28、78、128，且X、Y的核磁共振氫譜只有一個(gè)峰，Z的核磁共振氫譜有二個(gè)峰，則X為CH₂=CH₂，Y為苯，Z為對(duì)（CH₃）₃CCH₂C（CH₃），
（1）①甲烷一步生成CH₂=CH₂，斷裂碳?xì)滏I，形成碳碳雙鍵，根據(jù)題中化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=（8×413.4-4×413.4-615-2×436.0）kJ/mol=+166.6kJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為2CH₄（g） $\stackrel{催化劑}{→}$C₂H₄（g）+2H₂（g）△H=+166.6kJ/mol，硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)的速率，
故答案為：2CH₄（g） $\stackrel{催化劑}{→}$C₂H₄（g）+2H₂（g）△H=+166.6kJ/mol；降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)的速率；
②甲烷生成苯的反應(yīng)方程式為6CH₄→+9H₂，所以原子利用率為$\frac{78}{6×16}$×100%=81.25%，
故答案為：81.25%；
③根據(jù)上面的分析可知Z的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為（CH₃）₃CCH₂C（CH₃）₃；根據(jù)定一動(dòng)一的原則確定其二氯代物的種類有6種，
故答案為：（CH₃）₃CCH₂C（CH₃）₃；6；
（2）①以CO₂、CH₂=CH₂、空氣為原料制備碳酸乙二醇酯，可以先將乙烯氧化成環(huán)氧乙烷，再用環(huán)氧乙烷與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸乙二醇酯，反應(yīng)方程式為、，
故答案為：、；
②根據(jù)碳元素守恒可知生產(chǎn)1t碳酸乙二醇酯中碳的物質(zhì)的量為$\frac{1}{88}$×10⁶mol，所以在理論上可以吸收二氧化碳的質(zhì)量為$\frac{1}{88}$×10⁶mol×44g/mol=0.5t，
故答案為：0.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)、原子利用率計(jì)算、同分異構(gòu)體、化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)及相關(guān)計(jì)算等，難度中等，反應(yīng)熱與化學(xué)鍵的關(guān)系及有機(jī)物的推斷是解題的關(guān)鍵，注意有機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用．