Question

4．乙炔和电石（CaC₂）都是重要的化工原料．
（1）电石可由焦炭与氧化钙固体在电炉中高温制得，同时生成一氧化碳气体．
①每生成1.00g固态CaC₂吸收7.25kJ的热量，该制备反应的热化学方程式为CaO（s）+3C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaC₂（s）+CO（g）△H=+464kJ/mol
②CaC₂与H₂O反应的化学方程式为CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+HC≡CH↑
③炼钢时可用电石将钢水中FeO转变为铁，同时有一氧化碳等物质生成，该反应的化学方程式为3FeO+CaC₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+CaO+2CO↑
（2）已知下列反应：
CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1
2C₂H₂（g）+5O₂（g）═4CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=ckJ•mol^-1
2CH₄（g）═C₂H₂（g）+3H₂（g）△H₄
①△H₄=$\frac{4a-b-3c}{2}$kJ•mol^-1（用含a、b、c的代数式表示）．
②已知下列键能数据：

共价键	C-H	H-H	C≡C
键能/kJ•mol-1	413.4	436	812

则△H₄=+360.4kJ•mol^-1（填数值）．
（3）在压强为1×10⁵kPa的恒压密闭容器中充入1mol乙炔和1molHCl气体，加入催化剂，乙炔与HCl发生反应：HC≡CH（g）+HCl（g）?CH₂=CHCl（g），乙炔的平衡转化率与温度的关系如图所示：

①该反应的△H＜0（填“＞”或“＜”），N点时乙炔的反应速率v（正）＞v（逆） （填“＞”、“＜”或“=”）．
②M点对应温度的平衡常数K_p=9.9×10^-4（kPa）^-1（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，并注明单位）

Answer 1

分析 （1）①焦炭固体与氧化钙固体每生成l g CaC₂固体，即反应每生成$\frac{1}{64}$CaC₂固体，反应吸收热量7.25kJ，则每生成1molCaC₂，反应需吸收热量7.25×64=464kJ，据此写出热化学方程式，注意标注物质的状态；
②CaC₂与H₂O反应生成Ca（OH）₂和C₂H₂，据此书写化学方程式；
③FeO与CaC₂在高温的条件下反应生成Fe和CaO和CO，据此书写化学方程式；
（2）①CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1①
2C₂H₂（g）+5O₂（g）═4CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1②
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=ckJ•mol^-1③，$\frac{4×①-②-3×③}{2}$得2CH₄（g）═C₂H₂（g）+3H₂（g）△H₄，据此进行计算焓变；
②根据盖斯定律，反应焓变△H=反应物总键能-生成物总键能；
（3）①根据图象分析，温度升高，乙炔的平衡转化率降低，可知升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，N点时转化率还未达到80%，据此分析；
②M点时，乙炔的平衡转化率为80%，根据分压平衡常数的定义计算此时反应的分压平衡常数．

解答 解：（1）①焦炭固体与氧化钙固体每生成l g CaC₂固体，即反应每生成$\frac{1}{64}$CaC₂固体，反应吸收热量7.25kJ，则每生成1molCaC₂，反应需吸收热量7.25×64=464kJ，则该反应的热化学方程式为：CaO（s）+3C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaC₂（s）+CO（g）△H=+464kJ/mol，
故答案为：CaO（s）+3C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaC₂（s）+CO（g）△H=+464kJ/mol；
②CaC₂与H₂O反应生成Ca（OH）₂和C₂H₂，故化学方程式为CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+HC≡CH↑，
故答案为：CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+HC≡CH↑；
③FeO与CaC₂在高温的条件下反应生成Fe和CaO和CO，故化学方程式为3FeO+CaC₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+CaO+2CO↑，
故答案为：3FeO+CaC₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+CaO+2CO↑；
（2）①CH₄ （g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=akJ•mol^-1①
2C₂H₂（g）+5O₂（g）═4CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1②
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=ckJ•mol^-1③，$\frac{4×①-②-3×③}{2}$得2CH₄（g）═C₂H₂（g）+3H₂（g），故△H₄═$\frac{4a-b-3c}{2}$kJ•mol^-1，
故答案为：$\frac{4a-b-3c}{2}$；
②根据盖斯定律，反应焓变△H=反应物总键能-生成物总键能，则△H₃=2×4E（C-H）-[E（C≡C）+2E（C-H）]-3E（H-H）=+360.4kJ/mol，
故答案为：+468.4；
（3）①根据图象分析，温度升高，乙炔的平衡转化率降低，可知升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，所以该反应的△H＜0，
N点时转化率还未达到90%，向90%的M点进行，则此时还需向正反应方向进行，所以N点时乙炔的反应速率v（正）＞v（逆），
故答案为：＜；＞；
②M点时，乙炔的平衡转化率为90%，反应为压强为1.0×10⁵kPa的恒压密闭容器中充入1mol乙炔和1molHCl气体起始反应，平衡时，n（CH≡CH）=1-1×90%=0.1mol，n（HCl）=0.1mol，n（CH₂=CHCl）=0.9mol，总压为p=1.0×10⁵kPa，根据道尔顿分压定律，p（CH≡CH）=p×$\frac{0.1}{0.1+0.1+0.9}$=$\frac{100}{11}$kPa，p（HCl）=p×$\frac{0.1}{0.1+0.1+0.9}$=$\frac{100}{11}$kPa，p（CH₂=CHCl）=p×$\frac{0.9}{0.1+0.1+0.9}$=$\frac{900}{11}$kPa，则反应的平衡常数K_p=$\frac{p（C{H}_{2}=CHCl）}{p（HCl）p（CH≡CH）}$=$\frac{\frac{900}{11}kPa}{\frac{100}{11}kPa×\frac{100}{11}kPa}$=9.9×10^-4（kPa）^-1，
故答案为：9.9×10^-4（kPa）^-1．

点评 本题考查运用盖斯定律计算反应热，化学平衡常数计算、键能的计算等，侧重考查学生解决问题能力，难度较大．