Question

【題目】以天然氣代替石油生產(chǎn)液體燃料和基礎(chǔ)化學(xué)品是當(dāng)前化學(xué)研究和發(fā)展的重點(diǎn)。

（1）我國科學(xué)家創(chuàng)造性地構(gòu)建了硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了甲烷一步高效生產(chǎn)乙烯、芳香烴Y和芳香烴Z等重要化工原料，實(shí)現(xiàn)了CO2的零排放，碳原子利用率達(dá)100%。已知Y、Z的相對分子質(zhì)量分別為78、128，其一氯代物分別有1種和2種。

①有關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表中所示：

化學(xué)鍵	H－H	C=C	C－C	C≡C	C－H
E（kJ/mol）	436	615	347.7	812	413.4

寫出甲烷一步生成乙烯的熱化學(xué)方程式：_____________；

②已知：原子利用率=期望產(chǎn)物總質(zhì)量/反應(yīng)物總質(zhì)量×100%，則甲烷生成芳香烴Y的原子利用率為______；

③生成1 mol Z產(chǎn)生的H2約合標(biāo)準(zhǔn)狀況下________L。

（2）如圖為乙烯氣相直接水合法制備乙醇過程中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。

①若p2=8.0 MPa，列式計(jì)算A點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp=_______（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算；分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位）；

②該反應(yīng)為______（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，圖中壓強(qiáng)（p1、p2、p3、p4）的大小關(guān)系為_______；

Answer 1

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

【解析】

芳香烴Y和芳香烴Z的相對分子質(zhì)量分別為78、128，其一氯代物分別有1種和2種，則Y為苯（C6H6）、Z為萘（C10H8）。明確一步合成的內(nèi)涵后，再去解題。

（1）①化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能總和與生成物的鍵能總和的差，根據(jù)甲烷一步生成乙烯的化學(xué)方程式2CH4→C2H4+2H2及相關(guān)的鍵能數(shù)據(jù)可知，該反應(yīng)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熱化學(xué)方程式為2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g) ΔH=+166.6 kJ/mol；

②原子利用率=期望產(chǎn)物總質(zhì)量/反應(yīng)物總質(zhì)量×100%，根據(jù)甲烷生成芳香烴Y的化學(xué)方程式6 CH4→C6H6+9 H2，可知甲烷生成芳香烴Y的原子利用率為81.25%；

③甲烷一步生產(chǎn)芳香烴Z的化學(xué)方程式為10 CH4→C10H8+16H2，生成1 mol Z產(chǎn)生的H2為16mol，約合標(biāo)準(zhǔn)狀況下358.4L。

（2）乙烯氣相直接水合法制備乙醇的化學(xué)方程式為CH2=CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)。

①若p2=8.0 MPa，由圖可知，A點(diǎn)乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率為20%，假設(shè)開始投料n(H2O)=n(C2H4)=1mol，則兩反應(yīng)物的變化量均為0.2mol，平衡混合物中CH2=CH2、H2O、CH3CH2OH的物質(zhì)的量分別為0.8 mol、0.8 mol、0.2mol，其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為、、， 因此，A點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp=0.07；

②由圖像可知，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。由于正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的方向，在相同溫度下，壓強(qiáng)越大乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率越大，因此，圖中壓強(qiáng)（p1、p2、p3、p4）的大小關(guān)系為p1＜p2＜p3＜p4．