《2025年人教金学典同步解析与测评高中化学选择性必修1人教版》

3. （2024·全国甲节选）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：
${CH_{4}(g) + Br_{2}(g) = CH_{3}Br(g) + HBr(g)}$
$\Delta H_{1} = -29\ kJ/mol$
${3CH_{3}Br(g) = C_{3}H_{6}(g) + 3HBr(g)}$
$\Delta H_{2} = +20\ kJ/mol$
（2）${CH_{4}}$与${Br_{2}}$反应生成${CH_{3}Br}$，部分${CH_{3}Br}$会进一步溴化。将$8\ mmol\ {CH_{4}}$与$8\ mmol\ {Br_{2}}$通入密闭容器，平衡时$n({CH_{4}})$、$n({CH_{3}Br})$与温度的关系如图2-43所示（假设反应后的含碳物质只有${CH_{4}}$、${CH_{3}Br}$和${CH_{2}Br_{2}}$）。
（ⅰ）图中表示${CH_{3}Br}$的曲线是______（填“$a$”或“$b$”）。
（ⅱ）$560\ ^{\circ}C$时，${CH_{4}}$的转化率$\alpha =$____，$n({HBr}) = $_________$\ mmol$。
（ⅲ）$560\ ^{\circ}C$时，反应${CH_{3}Br(g) + Br_{2}(g) = CH_{2}Br_{2}(g) + HBr(g)}$的平衡常数$K = $_________。

（3）少量${I_{2}}$可提高${CH_{3}Br}$的选择性。$500\ ^{\circ}C$时，分别在有${I_{2}}$和无${I_{2}}$的条件下将$8\ mmol\ {CH_{4}}$与$8\ mmol\ {Br_{2}}$通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量（$n$）随时间（$t$）的变化关系如图2-44所示。

（ⅰ）在$11 \sim 19\ s$，有${I_{2}}$和无${I_{2}}$时${CH_{3}Br}$的生成速率之比$\dfrac{v(有\ {I_{2}})}{v(无\ {I_{2}})} = $_________。
（ⅱ）从图中找出${I_{2}}$提高${CH_{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) = · I(g) + · I(g)}$
②${· I(g) + CH_{2}Br_{2}(g) = IBr(g) + · CH_{2}Br(g)}$
③${· CH_{2}Br(g) + HBr(g) = CH_{3}Br(g) + · Br(g)}$
④${· Br(g) + CH_{4}(g) = HBr(g) + · CH_{3}(g)}$
⑤${· CH_{3}(g) + IBr(g) = CH_{3}Br(g) + · I(g)}$
⑥${· I(g) + · I(g) = I_{2}(g)}$
根据上述机理，分析${I_{2}}$提高${CH_{3}Br}$选择性的原因：________。

答案： （2）（ⅰ）$a$；（ⅱ）$80\%$；$7.8$；（ⅲ）$10.92$；（3）（ⅰ）$\dfrac{3}{2}$；（ⅱ）有${I_{2}}$时，${CH_{3}Br}$的量明显增大，${CH_{2}Br_{2}}$的量减小，约$7.5\ s$后体系中${CH_{3}Br}$的量大于${CH_{2}Br_{2}}$的量；（ⅲ）${I_{2}}$产生的$·I$可将${CH_{2}Br_{2}}$经过反应②③转化为${CH_{3}Br}$，反应过程中生成的$·Br$可继续与${CH_{4}}$经过反应④⑤生成${CH_{3}Br}$。