Question

【題目】中科院大連化學(xué)物理研究所的一項最新成果實現(xiàn)了甲烷高效生產(chǎn)乙烯，甲烷在催化作用下脫氫，在氣相中經(jīng)自由基偶聯(lián)反應(yīng)生成乙烯，如圖所示。

（1）現(xiàn)代石油化工采用Ag作催化劑，可實現(xiàn)乙烯與氧氣制備X（分子式C2H4O，不含雙鍵），該反應(yīng)符合最理想的原子經(jīng)濟，則反應(yīng)的化學(xué)方程式是___（有機物請寫結(jié)構(gòu)簡式）。

（2）已知相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱如上表，寫出甲烷制備乙烯的熱化學(xué)方程式___。

（3）在400℃時，向初始體積1L的恒壓反應(yīng)器中充入1molCH4，發(fā)生上述反應(yīng)，測得平衡混合氣體中C2H4的體積分?jǐn)?shù)為20.0%。則：

①在該溫度下，其平衡常數(shù)K=__。

②若向該容器通入高溫水蒸氣（不參加反應(yīng)，高于400℃），C2H4的產(chǎn)率將__（選填“增大”“減小”“不變”“無法確定”），理由是___。

③若容器體積固定，不同壓強下可得變化如圖，則壓強的關(guān)系是___。

④實際制備C2H4時，通常存在副反應(yīng)：2CH4(g)→C2H6(g)＋H2(g)。反應(yīng)器和CH4起始量不變，不同溫度下C2H6和C2H4的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系曲線如圖。

在200℃時，測出乙烷的量比乙烯多的主要原因可能是___。

Answer 1

【答案】2CH2=CH2+O22 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) △H=+202kJ/mol 0.20（mol/L） 增大 該反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，通入高溫水蒸氣相當(dāng)于加熱，同時通入水蒸氣，容器的體積增大，相當(dāng)于減小壓強，平衡均右移，產(chǎn)率增大 p1＞p2 在200℃時，乙烷的生成速率比乙烯的快

【解析】

(1)用Ag作催化劑，可實現(xiàn)乙烯與氧氣制備X（分子式C2H4O，不含雙鍵），該反應(yīng)符合最理想的原子經(jīng)濟，X為；

(2)結(jié)合表格中數(shù)據(jù)，根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)可由②×2-③-①×2得到甲烷制備乙烯的熱化學(xué)方程式；

(3)①恒溫恒容條件下氣體的體積分?jǐn)?shù)等于其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，列“三段式”解答計算；

②該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，若向該容器通入高溫水蒸氣（不參加反應(yīng)，高于400℃），相當(dāng)于升高溫度平衡正向移動；恒壓條件下通入水蒸氣導(dǎo)致分壓減小，平衡正向移動；

③增大壓強平衡逆向移動，甲烷轉(zhuǎn)化率降低；

④根據(jù)圖像結(jié)合反應(yīng)速率解答；

(1)現(xiàn)代石油化工采用Ag作催化劑，可實現(xiàn)乙烯與氧氣制備X(分子式C2H4O，不含雙鍵)，X為，該反應(yīng)符合最理想的原子經(jīng)濟，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CH2=CH2+O22；

(2)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)有：①H2(g)+O2(g)═H2O(l)△H1=-285.8kJ/mol，②CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)△H2=-890.3kJ/mol，③C2H4(g)+3O2(g)→2CO2(g)+2H2O(l)△H3=-1411.0kJ/mol，甲烷制備乙烯的化學(xué)方程式為：2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)，根據(jù)蓋斯定律，將②×2-③-①×2得到，2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)△H=2△H2-△H3-2△H1=+202kJ/mol；

(3)①400℃時，向1L的恒容反應(yīng)器中充入1molCH4，發(fā)生上述反應(yīng)，測得平衡混合氣體中C2H4的體積分?jǐn)?shù)為20.0%，設(shè)生成乙烯的物質(zhì)的量為x，列“三段式”：

所以有×100%=20.0%，解得：x=0.25，平衡后氣體的體積=×1L=1.25L，所以化學(xué)平衡常數(shù)為K= ==0.20；

②2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)△H=+202kJ/mol，反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，通入高溫水蒸氣(不參加反應(yīng)，高于400℃)相當(dāng)于加熱，平衡右移，產(chǎn)率增大；同時通入水蒸氣，容器的體積增大，相當(dāng)于減小壓強，平衡右移，產(chǎn)率也增大，因此C2H4的產(chǎn)率將增大，故答案為：增大；該反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，通入高溫水蒸氣相當(dāng)于加熱，同時通入水蒸氣，容器的體積增大，相當(dāng)于減小壓強，平衡均右移，產(chǎn)率增大；

③若容器體積固定，2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)，反應(yīng)為氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，溫度相同時，壓強增大不利于反應(yīng)正向進行，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低，因此p1＞p2；

④根據(jù)圖，200℃時，測出乙烷的量比乙烯多，是因為生成乙烷的反應(yīng)速率較快。