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．
（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（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的平衡轉化率為 ． 上述平衡狀態某一時刻，若改變溫度至T2℃，CH4以0.01mol/（Ls）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（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 ．

Answer 1

【答案】
（1）CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑
（2）+376.4
（3）＞；66.7%；＞；5；5×104；充入適量的乙烯
【解析】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↑，所以答案是：CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑；（2）已知：①CH4（g）+2O2 （g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣890.3kJmol﹣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× 可得：2CH4（g）=C2H2（g）+3H2 （g）△H=（﹣890.3kJmol﹣1 ）×4﹣（﹣1299.6kJmol﹣1）﹣（﹣571.6kJmol﹣1）× =+376.4kJ/mol，
所以答案是：+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為吸熱反應，故此反應為吸熱反應；
設CH4的轉化濃度為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
平衡濃度：	（0.3﹣X）mol/L			Xmol/L

根據c（C2H4）=c（CH4）可知：0.3﹣X=
解得X=0.2mol/L；
故CH4的平衡轉化率= ×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/（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，根據濃度的該變量之比等于計量數之比，利用三段式來計算：

	2CH4（g）	=	C2H4（g）+	2H2（g）
初始濃度：	0.1mol/L		0.1mol/L
濃度變化：	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
所以答案是：＞；66.7%；＞；5；
②根據此反應的平衡常數表達式，將氣體的平衡濃度換為平衡分壓，即K= = =5×104 ， 所以答案是：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，所以答案是：可以充入適量的乙烯．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡狀態本質及特征的相關知識，掌握化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）．