Question

【題目】乙炔加氫是乙烯工業中的重要精制反應，利用這一反應可以將乙烯產品中的乙炔含量降低，以避免后續乙烯聚合催化劑的中毒，工業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）已知幾種化學鍵的鍵能如下表所示：

△H1=___kJmol-1。

（2）400K時，在密閉容器中將等物質的量的CH2=CH2(g)和H2(g)混合，采用適當的催化劑進行反應，生成CH3CH3(g)，達到平衡時測得=1016，則平衡時c(H2)=___molL-1。

（3）據前人研究發現乙炔在PV團簇表面催化加氫反應的部分歷程如圖1所示，其中吸附在PV表面上的物種用*標注。

推測乙烯在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，該步驟的化學方程式為___。

（4）T1℃時，將體積比為1：2的CH≡CH(g)和H2(g)充入剛性密閉容器中，加入催化劑發生反應Ⅱ，起始體系總壓強為P0 kPa，實驗測得H2的分壓（p)與反應時間（t）的關系如圖2所示。

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

②T1℃時，該反應的化學平衡常數Kp=___kPa-2(Kp為以分壓表示的平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數）。

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

Answer 1

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

【解析】

(1)結合表格中鍵能數據，根據△H=反應物的鍵能 -生成物的鍵能進行解答；

(2)運用蓋斯定律解出目標反應，根據已知反應與目標反應的平衡常數關系計算；

(3)結合圖中各物質反應關系中反應物生成物能量變化分析判斷；

(4)利用“三段式計算”反應速率、平衡常數；反應過程中反應物的濃度變化分析；

(1)根據△H=反應物的鍵能 -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

根據蓋斯定律，Ⅱ-Ⅰ得：CH2=CH2(g)+H2(g)→CH3CH3(g)，平衡時測得=1016，平衡常數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，該步驟的化學反應方程式為：C2H3+ H= C2H4+ ；

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

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

②由①的“三段式”可得Kp=；

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