Question

天然气是一种重要的化工原料．
I．2014年5月，我国科学家成功实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、苯、氢气等高值化学品．
（1）苯的二氯代物的同分异构体有

 

种．
（2）乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，反应的化学方程式为

 

．
（3）已知甲烷、乙烯、氢气燃烧的热化学方程式分别如下：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-890.3kJ?mol^-1
C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-1 306.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （ l ）△H=-571.6  kJ?mol^-1
则2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g） 的△H=

 

．
Ⅱ．甲烷的传统转化利用，第一步制取合成气（CO、H₂），第二步用合成气制取甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等．
（4）某温度下，将1mol CH₄和1mol H₂O（g）充入容积为0.5L的密闭容器中，发生如下反应：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.4kJ?mol^-1
当反应达到平衡时，测得其平衡常数K=27．
①CH₄的平衡转化率=

 

．
②如果其它条件不变，升高温度，CH₄的平衡常数

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）在一定条件下，合成气发生如下两个主要反应：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.1kJ?mol^-1
2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ?mol^-1．
仅根据如图，选择该条件下制取甲醇的最佳温度为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,同分异构现象和同分异构体

专题：

分析：Ⅰ（1）苯的二氯代物有邻、间、对三种；
（2）乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，乙烯与溴发生加成反应生成1，2-二溴乙烷；
（3）根据盖斯定律计算反应热；
Ⅱ（4）①根据平衡常数可计算得平衡时各物质的浓度，再根据转化率=

已转化的浓度

起始浓度

×100%计算；
②该反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动；
（5）由于制甲醇的反应为放热反应，温度升高，一氧化碳的转化率下降，且温度升高，甲醚的产率也增大，据此判断；

解答： 解：Ⅰ（1）苯的二氯代物有邻、间、对三种，故答案为：3；
（2）乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，乙烯与溴发生加成反应生成1，2-二溴乙烷，反应方程式为CH₂=CH₂+Br₂→CH₂BrCH₂Br，
故答案为：CH₂=CH₂+Br₂→CH₂BrCH₂Br；
（3）根据①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-890.3kJ?mol^-1
②C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-1 306.4kJ?mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （ l ）△H=-571.6  kJ?mol^-1
则2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g）可看作是①×2-②-③得到的，所以根据盖斯定律，反应的△H=-890.3kJ?mol^-1×2+1 306.4kJ?mol^-1+571.6  kJ?mol^-1
=+97.4 kJ?mol^-1，
故答案为：+97.4 kJ?mol^-1；
Ⅱ（4）①设甲烷转化的浓度为xmol/L　
          　　CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）   2        2　　              0       0
转化（mol/L）   x        x                  x       3x
平衡（mol/L）  2-x       2-x                x       3x
根据K=

x×(3x)3

(2-x)(2-x)

=27，解得x=1，所以CH₄的平衡转化率=

1

2

×100%=50%，
故答案为：50%；
②该反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，所以平衡常数增大，故答案为：增大；
（5）由于制甲醇的反应为放热反应，温度升高，一氧化碳的转化率下降，且根据图象可知温度升高，甲醚的产率也增大，在260℃时甲醚的产率最低，所以该条件下制取甲醇的最佳温度为260℃，故答案为：260℃．

点评：本题考查反应速率、平衡计算与移动、平衡常数等，难度中等，注意盖斯定律和平衡移动原理的灵活运用．