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) ΔH1＝－890.3 kJ/mol

C2H2(g)＋2.5O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l) ΔH2＝－1299.6 kJ/mol

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH3＝－571.6 kJ/mol

則甲烷氣相裂解反應：2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)的ΔH＝________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。

①T1℃時，向1 L恒容密閉容器中充入0.3 mol CH4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ΔH_____0(填“>”或“<”)，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0.01 mol/(L·s)的平均速率增多，經t s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】CaC2＋2H2O―→Ca(OH)2＋C2H2↑ ＋376.4 > 66.7% > 5 5.0×104 充入適量乙烯

【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）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①×4-②-③×3/2可得：2CH4（g）=C2H2（g）+3H2 （g）△H=（-890.3kJmol-1 ）×4-（-1299.6kJmol-1）-（-571.6kJmol-1）×3/2=+376.4kJ/mol，故答案為:+376.4；
（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（mol/L）：0.3 0 0

濃度變化（mol/L）：X X/2 X

平衡濃度（mol/L）：（0.3-X） X/2 X

根據c（C2H4）=c（CH4）可知：0.3-X=X/2

解得X=0.2mol/L；故CH4的平衡轉化率=0.2/0.3×100%=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=5
故答案為：>；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 ，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。