Question

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．
（l）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）△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
则甲烷气相裂解反应：2CH₄（g）=C₂H₂（g）+3H₂（g） 的△H=

 

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（℃）昀关系如图所示．
①T₁℃时，向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH₄ 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△H

 

（填“＞”或“＜”）0，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0.01mol/（L?s）的平均速率增多，经ts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

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（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．

解答： 解：（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=-890.3kJ?mol^-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=（-890.3kJ?mol^-1 ）×4-（-1299.6kJ?mol^-1）-（-571.6kJ?mol^-1）×

3

2

=+376.4kJ/mol，
故答案为：+376.4kJ/mol；
（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：0.3mol/L       0           0
浓度变化：Xmol/L     

Xmol/L

2

      Xmol/L
平衡浓度：（0.3-X）mol/L  

Xmol

2

      Xmol/L
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=

0.2mol/L

0.3mol/L

×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/（L?s）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=5S
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K=

P(C2H2)?P3(H2)

P2(CH4)

=

0.05×(104)3

(103)2

=5×10⁴，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．

点评：本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡常数以及利用三段式来计算转化率等内容，综合性较强，难度适中，均属高考高频考点．应注意平时加强训练．