Question

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(chǎn)．
（l）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（l）△H₁=-890.3kJ/mol
C₂H₂（g）+2.5O₂（g）=2CO₂ （g）+H₂O（l）△H₂=-1299.6kJ/mol
2H₂ （g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₃=-571.6kJ/mol
則甲烷氣相裂解反應：2CH₄（g）=C₂H₂（g）+3H₂（g） 的△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（℃）昀關系如圖所示．
①T₁℃時，向1L恒容密閉容器中充入0.3molCH₄ 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

 

（填“＞”或“＜”）0，CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

．上述平衡狀態(tài)某一時刻，若改變溫度至T₂℃，CH₄以0.01mol/（L?s）的平均速率增多，經(jīng)ts后再次達到平衡，平衡時，c（CH₄）=2c（C₂H₄），則T₁

 

（填“＞”或“＜”） 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(shù)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(chǎn)物乙烯生成，為提高甲烷制乙炔的轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施有

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）碳化鈣和水反應生成氫氧化鈣和乙炔；
（2）根據(jù)蓋斯定律來分析；
（3）①分解反應絕大多數(shù)為吸熱反應；設出CH₄的轉(zhuǎn)化濃度，然后根據(jù)三段式，利用c（C₂H₄）=c（CH₄）來解答；根據(jù)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(jù)c（CH₄）=2c（C₂H₄）來計算；
②根據(jù)平衡常數(shù)表達式來計算；
③甲烷裂解制乙炔有副產(chǎn)物乙烯生成，為提高甲烷制乙炔的轉(zhuǎn)化率，可以充入適量的乙烯．

解答： 解：（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）已知：①CH₄（g）+2O₂ （g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ?mol^-1 ．
              ②C₂H₂（g）+2.5O₂（g）=2CO₂ （g）+H₂O（l）△H₂=-1299.6kJ/mol
              ③2H₂ （g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₃=-571.6kJ/mol，
將①×4-②-③×

3

2

可得：2CH₄（g）=C₂H₂（g）+3H₂ （g）△H=（-890.3kJ?mol^-1 ）×4-（-1299.6kJ?mol^-1）-（-571.6kJ?mol^-1）×

3

2

=+376.4kJ/mol，
故答案為：+376.4kJ/mol；
（3）①反應2CH₄（g）=C₂H₄（g）+2H₂（g）為分解反應，而分解反應絕大多數(shù)為吸熱反應，故此反應為吸熱反應；
設CH₄的轉(zhuǎn)化濃度為Xmol/L，可知：
           2CH₄（g）=C₂H₄（g）+2H₂（g）
初始濃度：0.3mol/L       0           0
濃度變化：Xmol/L     

Xmol/L

2

      Xmol/L
平衡濃度：（0.3-X）mol/L  

Xmol

2

      Xmol/L
根據(jù)c（C₂H₄）=c（CH₄）可知：0.3-X=

X

2

解得X=0.2mol/L；
故CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率=

0.2mol/L

0.3mol/L

×100%=66.7%；
改變溫度后，CH₄的濃度升高，即平衡左移，即溫度應為降低，即T₁＞T₂；
由于CH₄以0.01mol/（L?s）的平均速率增多，經(jīng)ts后再次達到平衡，故在tS的時間內(nèi)，CH₄的濃度變化為0.01tmol/L，根據(jù)濃度的該變量之比等于計量數(shù)之比，利用三段式來計算：
                 2CH₄（g）=C₂H₄（g）+2H₂（g）
初始濃度：0.1mol/L     0.1mol/L     
濃度改變：0.01tmol/L    0.005tmol/L
平衡濃度：（0.1+0.01t）mol/L （0.1-0.005t）mol/L
由于c（CH₄）=2c（C₂H₄），故有：0.1+0.01t=2×（0.1-0.005t）
解得t=5S
故答案為：＞；66.7%；＞；5；
②根據(jù)此反應的平衡常數(shù)表達式，將氣體的平衡濃度換為平衡分壓，即K=

P(C2H2)?P3(H2)

P2(CH4)

=

0.05×(104)3

(103)2

=5×10⁴，故答案為：5×10⁴；
③甲烷裂解制乙炔有副產(chǎn)物乙烯生成，充入適量的乙烯，可抑制甲烷向乙烯的轉(zhuǎn)化，從而提高甲烷制乙炔的轉(zhuǎn)化率，故答案為：可以充入適量的乙烯．

點評：本題考查了蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)以及利用三段式來計算轉(zhuǎn)化率等內(nèi)容，綜合性較強，難度適中，均屬高考高頻考點．應注意平時加強訓練．