Question

【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(chǎn)。

(1)電石水化法制乙炔是將生石灰與焦炭在3000℃下反應(yīng)生成CaC2，CaC2再與水反應(yīng)即得到乙炔。CaC2與水反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)：2CH4(g)===C2H2(g)+3H2(g)的△H=_____kJ/mol。

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

①T1℃時，向1L恒容密閉容器中充入0.3 mol CH4只發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)，達到平衡時，測得c(C2H4)=c(CH4)。該反應(yīng)的△H____0(填“>”或“<”)，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為____%(保留3位有效數(shù)字)。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(yīng)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

【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(yīng)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(yīng)絕大多數(shù)為吸熱反應(yīng)；設(shè)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。

（1）碳化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣和乙炔，反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)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(yīng)方向移動，由圖可知，溫度升高，C2H4的平衡分壓增大，說明反應(yīng)2CH4（g）C2H4（g）+2H2（g）向正反應(yīng)方向移動，則該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；設(shè)平衡時C2H4的平衡濃度為Xmol，由題給數(shù)據(jù)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(zhuǎn)化率=×100%=66.7%；改變溫度后，CH4的濃度升高，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，則溫度應(yīng)為降低，即T1>T2；由于CH4以0.01mol/（Ls）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，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(shù)據(jù)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(shù)K==5×104 Pa，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。