Question

乙炔是重要的化工原料，广泛用于有机合成和氧炔焊等。生产乙炔的方法有多种，如电石法、甲烷裂解法等。

(1)在Co(NO₃)₂催化下，乙炔可被50％的浓硝酸(硝酸被还原为NO₂)在20~70℃时直接氧化为H₂C₂O₄·2H₂O。

①该反应的化学方程式为________________________；

②实际生产中硝酸可循环利用而不被消耗，用方程式说明：___________________。

(2)电石法原理为：由石油焦与生石灰在电炉中生成电石CaC₂(含Ca₃P₂、CaS等杂质)，    电石与水反应生成C₂H₄(含PH₃及H₂S等杂质)。

①已知焦炭固体与氧化钙固体每生成l g CaC₂固体，同时生成CO气体吸收7.25kJ的    热量，则该反应的热化学方程式为_____________________________________；

②用CuSO₄溶液净化乙炔气体，去除PH₃的反应之一为：4CuSO₄+PH₃+4H₂O===4Cu↓+H₃PO₄+4H₂SO₄，每去除1 mol PH₃，该反应中转移电子的物质的量为__________；

③反应H₂S(aq)+Cu²⁺(aq)===CuS(s)+2H⁺(aq)的平衡常数为________________；(已知K_sp(CuS)=1.25×10^-36，H₂S的K_al=1×10^-7，K_a2=1×10^-13)

④电石法工艺流程简单、容易操作、乙炔纯度高，缺点是_______(举1例)。

(3)甲烷裂解法原理为：2CH₄(g)C₂H₂(g)+3H₂(g)△H，实验测得该反应的Kp(用平衡分压代替浓度计算的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)与温度的关系如图所示：

①该反应的△H________0(填“>”、“=”或“<”)；

②图中G点v_(正)______v_(逆)(填“>”、“=”或“<”)；

③M点时，若容器中气体的总物质的量为1 mol，则总压P与n(CH₄)、n(C₂H₂)及n(H₂)之间的关系为_________。

Answer

C2H2+8HNO3H2C2O4·2H2O+8NO2↑+2H2O 3NO2+H2O=2HNO3+NO 2NO+O2=2NO2 （CaO(s)+3C(s)CaC2(s)+CO(g)△H=+464kJ/mol 8mol 8×1015 消耗大量的电能或污染严重 > > 或

【解析】(1)①在Co(NO3)2催化下，乙炔可被50％的浓硝酸(硝酸被还原为NO2)在20~70℃时直接氧化为H2C2O4·2H2O，反应的化学方程式为C2H2+8HNO3H2C2O4·2H2O+8NO2↑+2H2O，故答案为：C2H2+8HNO3H2C2O4·2H2O+8NO2↑+2H2O；

②实际生产中硝酸可循环利用而不被消耗，因为上述反应中生成的二氧化氮，能够与水反应生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮又能被氧化为二氧化氮，反应的方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO、2NO+O2=2NO2，故答案为：3NO2+H2O=2HNO3+NO、2NO+O2=2NO2；

(2)①焦炭固体与氧化钙固体每生成l g CaC2固体，同时生成CO气体吸收7.25kJ的 热量，则生成1mol CaC2固体吸收的热量为7.25kJ×64=464kJ，反应的热化学方程式为CaO(s)+3C(s)CaC2(s)+CO(g)△H=+464kJ/mol，故答案为：CaO(s)+3C(s)CaC2(s)+CO(g)△H=+464kJ/mol；

②4CuSO4+PH3+4H2O===4Cu↓+H3PO4+4H2SO4，反应中铜元素的化合价由+2价变成0价，得4×2=8个电子，P元素化合价由-3价变成+5价，失去的电子为8，因此每去除1 mol PH3，该反应中转移电子的物质的量为8mol，故答案为：8mol；

③反应H2S(aq)+Cu2+(aq)===CuS(s)+2H+(aq)的平衡常数K= = ===8×1015，故答案为：8×1015；

④电石法工艺流程简单、容易操作、乙炔纯度高，但会消耗大量的电能、会产生PH3及H2S等污染空气的物质，故答案为：消耗大量的电能或污染严重；

(3)①根据图像，升高温度，Kp增大，说明平衡正向移动，说明正反应是吸热反应，△H>0，故答案为：＞；

②G点Qp＜Kp，反应正向进行，v(正)＞v(逆) ，故答案为：＞；

③M点时，lgKp=0，则Kp=1，Kp==1，整理得：n2(CH4)= n(C2H2)n3(H2)×P2，故答案为：n2(CH4)= n(C2H2)n3(H2)×P2。