Question

【題目】工業(yè)上制備丙烯的方法有多種，具體如下（本題丙烯用C3H6表示）：

(1)丙烷(C3H8)脫氫制備丙烯(C3H6)

由下圖可得，C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，△H=_________kJ/.mol

(2)用惰性電極電解CO2的酸性溶液可得丙烯(C3H6)，其原理如下圖所示。則b的電極反應(yīng)式為__________。

(3)以丁烯(C4H8)和乙烯(C2H4)為原料反應(yīng)生成丙烯(C3H6)的方法被稱為“烯歧化法”，反應(yīng)為：C4H8(g)+C2H4(g)2C3H6(g) △H>0

一定溫度下，在一體積恒為VL的密閉容器中充入一定量的C4H8和C2H4，發(fā)生烯烴歧化反應(yīng)。

I．該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是______________

a.反應(yīng)速率滿足:2v生成(C4H8)=v生成(C3H6)

b.C4H8、C2H4、C3H6的物質(zhì)的量之比為1:1:2

c.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變

d.C4H8、C2H4、C3H6的濃度均不再變化

Ⅱ.已知t1min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，測得此時(shí)容器中n(C4H8)=mmol，n(C2H4)=2mmol，n(C3H6)=nmol，且平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)為。

①該時(shí)間段內(nèi)的反應(yīng)速率v(C4H8)= _______mol/(L·min)。（用只含m、V、t1的式子表示）。

②此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______________。

③t1min時(shí)再往容器內(nèi)通入等物質(zhì)的量的C4H8和C2H4，在新平衡中C3H6的體積分?jǐn)?shù)_______(填“>”“<”“=”)。

(4)“丁烯裂解法”是另一種生產(chǎn)丙烯的方法，但生產(chǎn)過程中伴有生成乙烯的副反應(yīng)發(fā)生，具體反應(yīng)如下：主反應(yīng):3C4H84C3H6；副反應(yīng)：C4H82C2H4

①從產(chǎn)物的純度考慮，丙烯和乙烯的質(zhì)量比越高越好。則從下表現(xiàn)的趨勢來看，下列反應(yīng)條件最適宜的是__________（填字母序號(hào)）。

a.300℃0.1MPa b.700℃0.1MPa c.300℃0.5MPa d.700℃0.5MPa

②下圖中，平衡體系中丙烯的百分含量隨壓強(qiáng)增大呈上升趨勢，從平衡角度解釋其可能的原因是_____。

Answer 1

【答案】+124.2 3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O ad 0.5 > c 壓強(qiáng)增大，生成乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，丁烯濃度增大，導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，丙烯含量增大

【解析】

(1)反應(yīng)物與生成物的能量差為反應(yīng)熱，然后根據(jù)蓋斯定律，將方程式疊加可得相應(yīng)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)b電極為陰極，CO2被還原為C3H6，結(jié)合溶液為酸性環(huán)境書寫電極反應(yīng)式；

(3)I.可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，任何一種物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速率不變，該物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、百分含量等保持不變，據(jù)此判斷平衡狀態(tài)；

II.①先計(jì)算出v(C3H6)，然后根據(jù)二者反應(yīng)時(shí)的物質(zhì)的量關(guān)系，計(jì)算v(C4H8)；

②根據(jù)平衡常數(shù)K的含義，將各種物質(zhì)的濃度帶入定義式，就得到K的值；

③t1min時(shí)再往容器內(nèi)通入等物質(zhì)的量的C4H8和C2H4，導(dǎo)致容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量增大，根據(jù)濃度商與K大小判斷平衡移動(dòng)方向分析與的大小；

(4)①從溫度、壓強(qiáng)兩個(gè)方面分析使丙烯和乙烯的質(zhì)量比增大的措施，選擇合適的外界條件；

②從副反應(yīng)的影響分析判斷。

(1)根據(jù)圖1可得①C3H8(g)=CH4(g)+C2H2(g)+H2 (g) △H=+156.6kJ/mol；

根據(jù)圖2可得②C3H6(g)= CH4(g)+C2H2(g) △H=+32.4kJ/mol，①-②，整理可得：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，△H=+124.2kJ/mol；

(2)b連接電源的負(fù)極，作陰極，CO2在該電極獲得電子，與溶液中的H+結(jié)合形成C3H6，該電極的電極反應(yīng)式為3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O；

(3)I. a.根據(jù)方程式可知：2v消耗(C4H8)=v生成(C3H6)，現(xiàn)在反應(yīng)速率滿足2v生成(C4H8)=v生成(C3H6)，說明v消耗(C4H8)= v生成(C4H8)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，a正確；

b.C4H8、C2H4、C3H6的物質(zhì)的量之比與開始時(shí)加入的各種物質(zhì)的物質(zhì)的量多少一個(gè)，所以平衡時(shí)物質(zhì)的量關(guān)系不一定符合1:1:2，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否為平衡狀態(tài)，b錯(cuò)誤；

c.反應(yīng)在恒容密閉容器內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量及質(zhì)量不變，所以任何情況下氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量都不改變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，c錯(cuò)誤；

d.若C4H8、C2H4、C3H6的濃度均不再變化，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，d正確；

故合理選項(xiàng)是ad；

II.①平衡時(shí)n(C3H6)=nmol，n(C4H8)=mmol，n(C2H4)=2mmol，平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)為。則，解得n=m。從反應(yīng)開始至平衡，v(C3H6)=mol/(Lmin)，根據(jù)方程式可知v(C4H8)=v(C3H6)=mol/(Lmin)；

②該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，所以它們的濃度比等于二者的物質(zhì)的量的比，則此反應(yīng)的平衡常數(shù)K==0.5；

③t1min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)n(C4H8)=mmol，n(C2H4)=2mmol，n(C3H6)=nmol，且平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)為，通過前面①的計(jì)算可知m=n，現(xiàn)在再往容器內(nèi)通入等物質(zhì)的量的C4H8和C2H4，使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，假設(shè)C4H8改變量為x，

可逆反應(yīng)C4H8(g)+C2H4(g) 2C3H6(g)

n始(mol)1+1 2+1 1

n變(mol)x x 2x

n平(mol)2-x 3-x 1+2x

由于反應(yīng)是等體積的反應(yīng)，所以濃度比等于物質(zhì)的量的比，平衡常數(shù)表達(dá)式用物質(zhì)的量數(shù)值帶入，結(jié)果不變。假設(shè)C3H6的含量不變，仍然為，則，解得x=，則Qc=，說明再往容器內(nèi)通入等物質(zhì)的量的C4H8和C2H4，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因此再達(dá)到新平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)>。

(4)①根據(jù)溫度對(duì)丙烯和乙烯的質(zhì)量比的影響可知在300℃時(shí)丙烯和乙烯的質(zhì)量比較大；根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)丙烯和乙烯的質(zhì)量比的影響可知在0.5 MPa時(shí)丙烯和乙烯的質(zhì)量比較大，因此選擇的條件是300℃、0.5 MPa，故合理?xiàng)l件是c；

②“丁烯裂解法”生產(chǎn)丙烯，但生產(chǎn)過程中伴有生成乙烯的副反應(yīng)發(fā)生，主反應(yīng):3C4H84C3H6；副反應(yīng)：C4H82C2H4，當(dāng)增大壓強(qiáng)時(shí)，副反應(yīng)逆向移動(dòng)，使丁烯濃度增大，增大反應(yīng)物的濃度可導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，從而可使丙烯含量增大。