Question

【題目】乙炔加氫是乙烯工業(yè)中的重要精制反應(yīng)，利用這一反應(yīng)可以將乙烯產(chǎn)品中的乙炔含量降低，以避免后續(xù)乙烯聚合催化劑的中毒，工業(yè)上稱為碳二加氫過程。

已知：Ⅰ.CHCH(g)+H2(g)→CH2=CH2(g) ΔH1 K1(400K)=4.2×1022

Ⅱ.CHCH(g)+2H2(g)→CH3CH3(g) ΔH2=-311.4kJ·mol-1 K2(400K)=1.4×1038

回答下列問題：

（1）已知幾種化學(xué)鍵的鍵能如下表所示：

△H1=___kJmol-1。

（2）400K時(shí)，在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CH2=CH2(g)和H2(g)混合，采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn)行反應(yīng)，生成CH3CH3(g)，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得=1016，則平衡時(shí)c(H2)=___molL-1。

（3）據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)乙炔在PV團(tuán)簇表面催化加氫反應(yīng)的部分歷程如圖1所示，其中吸附在PV表面上的物種用*標(biāo)注。

推測(cè)乙烯在PV表面上的吸附為___(填“放熱”或“吸熱”）過程。圖1歷程中最大能金（活化能）E正=___kJ·mol-1，該步驟的化學(xué)方程式為___。

（4）T1℃時(shí)，將體積比為1：2的CH≡CH(g)和H2(g)充入剛性密閉容器中，加入催化劑發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，起始體系總壓強(qiáng)為P0 kPa，實(shí)驗(yàn)測(cè)得H2的分壓（p)與反應(yīng)時(shí)間（t）的關(guān)系如圖2所示。

①T1℃時(shí)，0～4min內(nèi)，平均反應(yīng)速率v(HC≡CH)=___kPamin-1(用含p0、p1的代數(shù)式表示，下同）。

②T1℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=___kPa-2(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

③T1℃時(shí)，0～2min內(nèi)p(H2)的減小量___(填“＞”“＜”或“=”）2～4min內(nèi)p(H2)的減小量，理由為___。

Answer 1

【答案】-193.8 3 放熱 22.59 C2H3+ H= C2H4+ ＞ 反應(yīng)物的濃度減小，反應(yīng)速率減慢

【解析】

(1)結(jié)合表格中鍵能數(shù)據(jù)，根據(jù)△H=反應(yīng)物的鍵能 -生成物的鍵能進(jìn)行解答；

(2)運(yùn)用蓋斯定律解出目標(biāo)反應(yīng)，根據(jù)已知反應(yīng)與目標(biāo)反應(yīng)的平衡常數(shù)關(guān)系計(jì)算；

(3)結(jié)合圖中各物質(zhì)反應(yīng)關(guān)系中反應(yīng)物生成物能量變化分析判斷；

(4)利用“三段式計(jì)算”反應(yīng)速率、平衡常數(shù)；反應(yīng)過程中反應(yīng)物的濃度變化分析；

(1)根據(jù)△H=反應(yīng)物的鍵能 -生成物的鍵能，則ΔH1=413.4 kJmol-1×2+812 kJmol-1+436 kJmol-1-(413.4 kJmol-1×4+615 kJmol-1)=-193.8 kJmol-1；

(2)已知：Ⅰ.CHCH(g)+H2(g)→CH2=CH2(g) ΔH1 K1(400K)=4.2×1022

Ⅱ.CHCH(g)+2H2(g)→CH3CH3(g) ΔH2=-311.4kJ·mol-1 K2(400K)=1.4×1038

根據(jù)蓋斯定律，Ⅱ-Ⅰ得：CH2=CH2(g)+H2(g)→CH3CH3(g)，平衡時(shí)測(cè)得=1016，平衡常數(shù)K===，則c(H2)=3mol/L；

(3)如圖1所示，IM6為C2H4，C2H4→C2H4的過程為乙烯的脫附過程，需要吸收14.58 kJmol-1的能量，則反之C2H4→C2H4的過程為乙烯的吸附過程，放出14.58 kJmol-1的能量；如圖所示，IM4→IM5過程中活化能最大，為-32.33 kJmol-1-(-54.92 kJmol-1)=22.59 kJmol-1，該步驟的化學(xué)反應(yīng)方程式為：C2H3+ H= C2H4+ ；

(4)①根據(jù)反應(yīng)：CHCH(g)+2H2(g)→CH3CH3(g)，如圖所示，開始時(shí)p(CHCH)=kPa，p(H2)=kPa，根據(jù)“三段式”：

則2x=-，解得x=- p1，故0-4min內(nèi)，平均反應(yīng)速率v(HC≡CH)=kPamin-1；

②由①的“三段式”可得Kp=；

③隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度減小，反應(yīng)速率減慢，則0～2min內(nèi)氫氣的變化量大于2～4min內(nèi)，則0～2min內(nèi)p(H2)的減小量＞2～4min內(nèi)p(H2)的減小量。