Question

【題目】對(duì)高溫條件下反應(yīng)機(jī)理的研究一直是化學(xué)動(dòng)力學(xué)的重要課題，科研工作者研究了1000K下丙酮的熱分解反應(yīng)并提出了如下反應(yīng)歷程：

①

②

③

④

⑤

回答下列問(wèn)題：

(1)上述歷程是根據(jù)兩個(gè)平行反應(yīng)提出的，其中一個(gè)為CH3COCH3CH4+CH2=C=O，該反應(yīng)的快慢主要由上述歷程中的反應(yīng)______(填序號(hào))決定，另一個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________，反應(yīng)速率常數(shù)k4______k5。(填“＞”或“＜”)。

(2)CH2=C=O(乙烯酮)可以與乙醇發(fā)生加成反應(yīng)生成酯，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________________。

(3)一定溫度下，在2L密閉容器中充入1molCH3COCH3發(fā)生上述兩個(gè)平行反應(yīng)，提高乙烯酮反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是___________；

a．再充入1molCH3COCH3 b．及時(shí)分離出CH4 c．使用適宜的催化劑

達(dá)到平衡后，測(cè)得容器中存在a molCH4和b mol CO，則CH3COCH3(g)CH4(g)+CH2=C=O(g)在該溫度下的平衡常數(shù)K_____mol·L-1(用含a、b的代數(shù)式表示)。

(4)分解產(chǎn)物中的CH4可用于制備氫氣：

反應(yīng)I：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=206.2kJ·mol-1

反應(yīng)Ⅱ：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H=165.0kJ·mo1-1

寫(xiě)出CO與水蒸氣反應(yīng)生成CO2的熱化學(xué)方程式：_________________。830℃時(shí)，反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=1.2mol2·L-2，該溫度下，測(cè)得密閉容器中各物質(zhì)的濃度為c(CH4)=2.0mol·L-1、c(H2O)=4.0mol·L-1、c(CO2)=2.0mol·L-1、c(H)=2.0mol·L-1，則此時(shí)v正_____v逆(填“＞”“＜”或“=”)。

Answer 1

【答案】① 2CH3COCH3CH4+CO+C2H5COCH3 ＜ CH2=C=O+CH3CH2OH→CH3COOCH2CH3 c a(a-b)/(2-2a-2b) CO(g)+H2O(g)=CO2+H2(g) △H=-41.2 kJ·mol-1 ＞

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)歷程分析，兩個(gè)平行反應(yīng)為：①CH3COCH3CH4+CH2=C=O、②2CH3COCH3CH4+CO+C2H5COCH3，①反應(yīng)的快慢主要由上述歷程中活化能大的反應(yīng)①?zèng)Q定，根據(jù)反應(yīng)④和反應(yīng)⑤，反應(yīng)④生成甲基自由基，甲基自由基濃度增大，比較反應(yīng)④和⑤的活化能，反應(yīng)⑤速率更快，則反應(yīng)速率常數(shù)k4＜k5，故答案為：①；2CH3COCHCH4+CO+C2H5COCH3；＜；

（2）CH2=C=O(乙烯酮)可以與乙醇發(fā)生加成反應(yīng)生成酯，該反應(yīng)的化學(xué)方程式：CH2=C=O+CH3CH2OH→CH3COOCH2CH3，故答案為：CH2=C=O+CH3CH2OH→CH3COOCH2CH3；

（3）提高乙烯酮反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑的選擇；達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)2CH3COCH3CH4+CO+C2H5COCH3反應(yīng)中，生成的CO為bmol，則該反應(yīng)中生成的CH4也是bmol，所以CH3COCH3(g)CH4(g)+CH2=C=O(g)反應(yīng)中，生成的CH4是(a-b)mol，CH2=C=O等于(a-b)mol，剩下的CH3COCH3的物質(zhì)的量為(1-a-b)mol，則反應(yīng)CH3COCH3(g)CH4(g)+CH2=C=O(g)的平衡常數(shù)為 mol·L-1，故答案為：c；；

（4）①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=206.2kJ·mol-1；②CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H=165.0kJ·mo1-1；根據(jù)蓋斯定律②-①可的：CO(g)+H2O(g)=CO2+H2(g) △H=-41.2 kJ·mol-1；830℃時(shí)，，所以正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故答案為：CO(g)+H2O(g)=CO2+H2(g) △H=-41.2 kJ·mol-1；＞。