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(1) △H1=－890.3kJ/mol

C2H2(g)+2.50(g)===2CO2(g)+H2O(1) △H2=－1299.6J/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △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(℃)的关系如图所示。

①T1℃时，向1L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△H____0(填“>”或“<”)，CH4的平衡转化率为____%(保留3位有效数字)。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

【答案】CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑ +376.4kJ/mol > 66.7% > 5 5×104 可以充入适量的乙烯

【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）将已知反应依次编号为①、②、③，由盖斯定律将①×4-②-③×可得：2CH4（g）=C2H2（g）+3H2（g），则△H=（-890.3kJmol-1）×4-（-1299.6kJmol-1）-（-571.6kJmol-1）×=+376.4kJ/mol，故答案为：+376.4kJ/mol；

（3）①升高温度，平衡向吸热反应方向移动，由图可知，温度升高，C2H4的平衡分压增大，说明反应2CH4（g）C2H4（g）+2H2（g）向正反应方向移动，则该反应为吸热反应；设平衡时C2H4的平衡浓度为Xmol，由题给数据建立如下三段式：

2CH4（g）C2H4（g）+2H2（g）

起（mol/L）0.3 0 0

变（mol/L）2X X 2X

平（mol/L）0.3—2X X 2X

由c（C2H4）=c（CH4）可得0.3—2X=X，解得X=0.1mol，CH4的平衡转化率=×100%=66.7%；改变温度后，CH4的浓度升高，说明平衡向正反应方向移动，则温度应为降低，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，利用三段式来计算：

2CH4（g）C2H4（g）+2H2（g）

起（mol/L）0.1 0.1 0.2

变（mol/L）0.01t 0.005t 0.01t

平（mol/L）0.1+0.01t 0.1—0.005t 0.2—0.01t

由c（CH4）=2c（C2H4）可得0.1+0.01t=2×（0.1-0.005t），解得t=5S，故答案为：>；66.7%；>；5；

②由图中数据可知，A点温度时，C2H2平衡分压为0.05 Pa，H2平衡分压为104Pa，CH4平衡分压为103Pa，则平衡常数K==5×104 Pa，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。