1.(2023·湖北卷,T19 )纳米碗C40H10是一种奇-|||-特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H 10可-|||-以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭-|||-环脱氢反应生成。 _(40)(H)_(20)(g)xrightarrow ({H)^-}(C)_(40)(H)_(18)(g)-|||-+(H)_(2)(g) 的反应机理和能量变化如下:-|||-H. H2-|||-H·-|||-C40H20 C40H19-|||-H H-|||-lǐ H lǐ-|||-C40H19` C40H18-|||-过渡态3-|||-过渡态2-|||-150.8-|||-过渡态1 110.3 __-|||-70.9-|||-_(40)(H)_(18)+(H)^++(H)_(2)-|||-20.7-|||-0.0 _(40)(H)_(19)+(H)_(2)-|||-9.5-|||-_(40)^(A_{20)^+}(A)_(20)+(H)^- _(40)(H)_(19)'+(H)_(2)-|||-反应历程1.(2023·湖北卷,T19 )纳米碗C40H10是一种奇-|||-特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H 10可-|||-以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭-|||-环脱氢反应生成。 _(40)(H)_(20)(g)xrightarrow ({H)^-}(C)_(40)(H)_(18)(g)-|||-+(H)_(2)(g) 的反应机理和能量变化如下:-|||-H. H2-|||-H·-|||-C40H20 C40H19-|||-H H-|||-lǐ H lǐ-|||-C40H19` C40H18-|||-过渡态3-|||-过渡态2-|||-150.8-|||-过渡态1 110.3 __-|||-70.9-|||-_(40)(H)_(18)+(H)^++(H)_(2)-|||-20.7-|||-0.0 _(40)(H)_(19)+(H)_(2)-|||-9.5-|||-_(40)^(A_{20)^+}(A)_(20)+(H)^- _(40)(H)_(19)'+(H)_(2)-|||-反应历程

1. ΔH的计算：通过键能变化计算反应焓变，需明确反应中键的断裂与形成。
2. 基元反应与速率决定步骤：根据反应机理图判断基元反应数目，活化能最高步骤为最慢步骤。
3. 纳米碗结构分析：利用富勒烯结构特征，结合欧拉公式计算五元环与六元环数目。
4. 平衡常数表达式：通过转化率与分压关系，建立平衡时各物质的分压，代入平衡常数公式。
5. lnK与温度关系：平行线说明ΔH相近，从化学键角度分析原因。
6. 影响反应速率与平衡的因素：结合勒夏特列原理与催化剂特性判断。

(1) ΔH的估算

关键思路：
反应 $C_{40}H_{20} \rightarrow C_{40}H_{18} + H_2$ 中，断裂两个C-H键，形成一个H-H键。
键能关系：
$\Delta H = 2 \cdot \text{C-H键能} - \text{H-H键能}$
题目未直接给出C-H键能，但通过反应机理图中总能量变化可得 $\Delta H = 128 \, \text{kJ/mol}$。

(2) 基元反应与速率最慢步骤

基元反应数目：
反应机理包含3个基元反应（对应3个过渡态）。
速率最慢步骤：
活化能最高为过渡态3（150.8），对应第3个基元反应。

(3) 纳米碗结构

结构特征：
C40H10纳米碗由五元环和六元环构成，通过经验公式或结构观察，五元环数目为6，六元环数目为10。

(4) 平衡常数K的计算

分压关系：
初始压强为$p_0$，转化率为$\alpha$时：

• $C_{40}H_{12}$分压：$p_0(1-\alpha)$
• $C_{40}H_{10}$和$H_2$分压：$p_0\alpha$
  平衡常数表达式：
  $K = \frac{p_{C_{40}H_{10}} \cdot p_{H_2}}{p_{C_{40}H_{12}}} = \frac{(p_0\alpha)^2}{p_0(1-\alpha)} = p_0 \frac{\alpha^2}{1-\alpha^2}$

(5) lnK与温度关系

平行原因：
两个反应均涉及断裂一个C-H键并生成H·，化学键变化类型相同，导致ΔH相近。

(6) 影响因素分析

正确措施：
升高温度（a）可加快正反应速率（吸热反应）并提高平衡转化率。