Question

【题目】以天然气代替石油生产液体燃料和基础化学品是当前化学研究和发展的重点。

（1）我国科学家创造性地构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂，成功实现了甲烷一步高效生产乙烯、芳香烃Y和芳香烃Z等重要化工原料，实现了CO2的零排放，碳原子利用率达100%。已知Y、Z的相对分子质量分别为78、128，其一氯代物分别有1种和2种。

①有关化学键键能数据如表中所示：

化学键	H－H	C=C	C－C	C≡C	C－H
E（kJ/mol）	436	615	347.7	812	413.4

写出甲烷一步生成乙烯的热化学方程式：_____________；

②已知：原子利用率=期望产物总质量/反应物总质量×100%，则甲烷生成芳香烃Y的原子利用率为______；

③生成1 mol Z产生的H2约合标准状况下________L。

（2）如图为乙烯气相直接水合法制备乙醇过程中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。

①若p2=8.0 MPa，列式计算A点的平衡常数Kp=_______（用平衡分压代替平衡浓度计算；分压=总压×物质的量分数；结果保留到小数点后两位）；

②该反应为______（填“吸热”或“放热”）反应，图中压强（p1、p2、p3、p4）的大小关系为_______；

Answer 1

【答案】2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+166.6 kJ/mol 81.25% 358.4 0.07 放热 p1＜p2＜p3＜p4

【解析】

芳香烃Y和芳香烃Z的相对分子质量分别为78、128，其一氯代物分别有1种和2种，则Y为苯（C6H6）、Z为萘（C10H8）。明确一步合成的内涵后，再去解题。

（1）①化学反应的反应热等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，根据甲烷一步生成乙烯的化学方程式2CH4→C2H4+2H2及相关的键能数据可知，该反应的ΔH=413.4 kJ/mol 42-413.4 kJ/mol 4-615 kJ/mol -436 kJ/mol 2=+166.6 kJ/mol，因此，甲烷一步生成乙烯的热化学方程式为2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+166.6 kJ/mol；

②原子利用率=期望产物总质量/反应物总质量×100%，根据甲烷生成芳香烃Y的化学方程式6 CH4→C6H6+9 H2，可知甲烷生成芳香烃Y的原子利用率为81.25%；

③甲烷一步生产芳香烃Z的化学方程式为10 CH4→C10H8+16H2，生成1 mol Z产生的H2为16mol，约合标准状况下358.4L。

（2）乙烯气相直接水合法制备乙醇的化学方程式为CH2=CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)。

①若p2=8.0 MPa，由图可知，A点乙烯的平衡转化率为20%，假设开始投料n(H2O)=n(C2H4)=1mol，则两反应物的变化量均为0.2mol，平衡混合物中CH2=CH2、H2O、CH3CH2OH的物质的量分别为0.8 mol、0.8 mol、0.2mol，其物质的量分数分别为、、， 因此，A点的平衡常数Kp=0.07；

②由图像可知，乙烯的平衡转化率随温度升高而减小，故该反应为放热反应。由于正反应为气体分子数减少的方向，在相同温度下，压强越大乙烯的平衡转化率越大，因此，图中压强（p1、p2、p3、p4）的大小关系为p1＜p2＜p3＜p4．