甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯

科目：化学
题型：解答题
难度：中等
人气：83

题文

甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯 $(C_{3} H_{6})$ 的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：

（1）已知如下热化学方程式：

$C H_{4} (g) + B r_{2} (g) = C H_{3} Br (g) + HBr (g)$ $Δ H_{1} = - 29 kJ \cdot mo l^{- 1}$

$3 C H_{3} + Br (g) = C_{3} H_{6} (g) + 3 HBr (g)$ $Δ H_{2} = + 20 kJ \cdot mo l^{- 1}$

计算反应 $3 C H_{4} (g) + 3 B r_{2} (g) = C_{3} H_{6} (g) + 6 HBr (g)$ 的 $ΔH =$ _____ $kJ \cdot mo l^{- 1}$ 。

（2） $C H_{4}$ 与 $B r_{2}$ 反应生成 $C H_{3} Br$ ，部分 $C H_{3} Br$ 会进一步溴化。将 $8 mmolC H_{4}$ 和 $8 mmolB r_{2}$ 。通入密闭容器，平衡时， $n (C H_{4})$ 、 $n (C H_{3} Br)$ 与温度的关系见下图（假设反应后的含碳物质只有 $C H_{4}$ 、 $C H_{3} Br$ 和 $C H_{2} B r_{2}$ ）。

（i）图中 $C H_{3} Br$ 的曲线是_____（填“a”或“b”）。

（ii） $560 ° C$ 时， $C H_{4}$ 的转化 $α =$ _____， $n (HBr) =$ _____ $mmol$ 。

（iii） $560 ° C$ 时，反应 $C H_{3} Br (g) + B r_{2} (g) = C H_{2} B r_{2} (g) + HBr (g)$ 的平衡常数 $K =$ _____。

（3）少量 $I_{2}$ 可提高生成 $C H_{3} Br$ 的选择性。 $500 ° C$ 时，分别在有 $I_{2}$ 和无 $I_{2}$ 的条件下，将 $8 mmolC H_{4}$ 和 $8 mmolB r_{2}$ ，通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量（n）随时间（t）的变化关系见下图。

（i）在 $11 ~ 19 s$ 之间，有 $I_{2}$ 和无 $I_{2}$ 时 $C H_{3} Br$ 的生成速率之比 $\frac{v (有 I_{2})}{v (无 I_{2})} =$ _____。

（ii）从图中找出 $I_{2}$ 提高了 $C H_{3} Br$ 选择性的证据：_____。

（ⅲ）研究表明， $I_{2}$ 参与反应的可能机理如下：

① $I_{2} (g) = \cdot I (g) + \cdot I (g)$

② $\cdot I (g) + C H_{2} B r_{2} (g) = IBr (g) + \cdot C H_{2} Br (g)$

③ $\cdot C H_{2} Br (g) + HBr (g) = C H_{3} Br (g) + \cdot Br (g)$

④ $\cdot Br (g) + C H_{4} (g) = HBr (g) + \cdot C H_{3} (g)$

⑤ $\cdot C H_{3} (g) + IBr (g) = C H_{3} Br (g) + \cdot I (g)$

⑥ $\cdot I (g) + \cdot I (g) = I_{2} (g)$

根据上述机理，分析 $I_{2}$ 提高 $C H_{3} Br$ 选择性的原因：_____。

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