Question

【题目】乙炔(C2H2)在气焊、气割及有机合成中用途非常广泛，可由电石(CaC2)直接水化法或甲烷在1500℃左右气相裂解法生产。

(1)电石水化法制乙炔是将生石灰与焦炭在3000℃下反应生成CaC2，CaC2再与水反应即得到乙炔。CaC2与水反应的化学方程式为___________________________。

(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

则甲烷气相裂解反应：2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)的ΔH＝________kJ/mol。

(3)哈斯特研究得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图所示。

①T1℃时，向1 L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH4只发生反应2CH4(g) C2H4(g)＋2H2(g)，达到平衡时，测得c(C2H4)＝c(CH4)。该反应的ΔH_____0(填“>”或“<”)，CH4的平衡转化率为________。上述平衡状态某一时刻，若改变温度至T2℃，CH4以0.01 mol/(L·s)的平均速率增多，经t s后再次达到平衡，平衡时，c(CH4)＝2c(C2H4)，则T1_____(填“>” 或“<”)T2，t＝________s；

②列式计算反应2CH4(g) C2H2(g)＋3H2(g)在图中A点温度时的平衡常数K＝__________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，lg0.05＝－1.3)；

③由图可知，甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成，为提高甲烷制乙炔的转化率，除改变温度外，还可采取的措施有__________________。

Answer 1

【答案】CaC2＋2H2O―→Ca(OH)2＋C2H2↑ ＋376.4 > 66.7% > 5 5.0×104 充入适量乙烯

【解析】

（1）碳化钙和水反应生成氢氧化钙和乙炔；
（2）根据盖斯定律来分析；
（3）①分解反应绝大多数为吸热反应；设出CH4的转化浓度，然后根据三段式，利用c（C2H4）=c（CH4）来解答；根据改变温度后，CH4的浓度升高来判断温度的变化；表示出变化后的CH4和C2H4的浓度，然后根据c（CH4）=2c（C2H4）来计算；②根据平衡常数表达式来计算；③甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成，为提高甲烷制乙炔的转化率，可以充入适量的乙烯。

（1）碳化钙和水反应生成氢氧化钙和乙炔，反应的化学方程式为：CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑，故答案为：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，
将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，故答案为:+376.4；
（3）①反应2CH4（g）=C2H4（g）+2H2（g）为分解反应，而分解反应绝大多数为吸热反应，故此反应为吸热反应；
设CH4的转化浓度为Xmol/L，可知：
2CH4（g）=== C2H4（g）+ 2H2（g）
初始浓度（mol/L）：0.3 0 0

浓度变化（mol/L）：X X/2 X

平衡浓度（mol/L）：（0.3-X） X/2 X

根据c（C2H4）=c（CH4）可知：0.3-X=X/2

解得X=0.2mol/L；故CH4的平衡转化率=0.2/0.3×100%=66.7%；
改变温度后，CH4的浓度升高，即平衡左移，即温度应为降低，即T1>T2；
由于CH4以0.01mol/（Ls）的平均速率增多，经ts后再次达到平衡，故在tS的时间内，CH4的浓度变化为0.01tmol/L，根据浓度的该变量之比等于计量数之比，利用三段式来计算：
2CH4（g） == C2H4（g）+2H2（g）
初始浓度：0.1mol/L 0.1mol/L
浓度改变：0.01tmol/L 0.005tmol/L
平衡浓度：（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
故答案为：>；66.7%；>；5；
②根据此反应的平衡常数表达式，将气体的平衡浓度换为平衡分压，即 ，故答案为：5×104；
③甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成，充入适量的乙烯，可抑制甲烷向乙烯的转化，从而提高甲烷制乙炔的转化率，故答案为：可以充入适量的乙烯。