Question

天然氣是一種重要的化工原料．
I．2014年5月，我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了甲烷在無氧條件下選擇活化，一步高效生產(chǎn)乙烯、苯、氫氣等高值化學(xué)品．
（1）苯的二氯代物的同分異構(gòu)體有

 

種．
（2）乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（3）已知甲烷、乙烯、氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式分別如下：
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
則2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g） 的△H=

 

．
Ⅱ．甲烷的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化利用，第一步制取合成氣（CO、H₂），第二步用合成氣制取甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等．
（4）某溫度下，將1mol CH₄和1mol H₂O（g）充入容積為0.5L的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.4kJ?mol^-1
當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測得其平衡常數(shù)K=27．
①CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率=

 

．
②如果其它條件不變，升高溫度，CH₄的平衡常數(shù)

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）在一定條件下，合成氣發(fā)生如下兩個(gè)主要反應(yīng)：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.1kJ?mol^-1
2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ?mol^-1．
僅根據(jù)如圖，選擇該條件下制取甲醇的最佳溫度為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體

專題：

分析：Ⅰ（1）苯的二氯代物有鄰、間、對三種；
（2）乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，乙烯與溴發(fā)生加成反應(yīng)生成1，2-二溴乙烷；
（3）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
Ⅱ（4）①根據(jù)平衡常數(shù)可計(jì)算得平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率=

已轉(zhuǎn)化的濃度

起始濃度

×100%計(jì)算；
②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（5）由于制甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率下降，且溫度升高，甲醚的產(chǎn)率也增大，據(jù)此判斷；

解答： 解：Ⅰ（1）苯的二氯代物有鄰、間、對三種，故答案為：3；
（2）乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，乙烯與溴發(fā)生加成反應(yīng)生成1，2-二溴乙烷，反應(yīng)方程式為CH₂=CH₂+Br₂→CH₂BrCH₂Br，
故答案為：CH₂=CH₂+Br₂→CH₂BrCH₂Br；
（3）根據(jù)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
則2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g）可看作是①×2-②-③得到的，所以根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)的△H=-890.3kJ?mol^-1×2+1 306.4kJ?mol^-1+571.6  kJ?mol^-1
=+97.4 kJ?mol^-1，
故答案為：+97.4 kJ?mol^-1；
Ⅱ（4）①設(shè)甲烷轉(zhuǎn)化的濃度為xmol/L　
          　　CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）   2        2　　              0       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）   x        x                  x       3x
平衡（mol/L）  2-x       2-x                x       3x
根據(jù)K=

x×(3x)3

(2-x)(2-x)

=27，解得x=1，所以CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率=

1

2

×100%=50%，
故答案為：50%；
②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以平衡常數(shù)增大，故答案為：增大；
（5）由于制甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率下降，且根據(jù)圖象可知溫度升高，甲醚的產(chǎn)率也增大，在260℃時(shí)甲醚的產(chǎn)率最低，所以該條件下制取甲醇的最佳溫度為260℃，故答案為：260℃．

點(diǎn)評：本題考查反應(yīng)速率、平衡計(jì)算與移動(dòng)、平衡常數(shù)等，難度中等，注意蓋斯定律和平衡移動(dòng)原理的靈活運(yùn)用．