Question

【題目】（14分）丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題：

（1）正丁烷（C4H10）脫氫制1-丁烯（C4H8）的熱化學方程式如下：

①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1

已知：②C4H10(g)+O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1

③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1

反應①的ΔH1為________ kJ·mol-1。圖（a）是反應①平衡轉(zhuǎn)化率與反應溫度及壓強的關系圖，x_____________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應采取的措施是__________（填標號）。

A．升高溫度 B．降低溫度 C．增大壓強 D．降低壓強

（2）丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器（氫氣的作用是活化催化劑），出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖（b）為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n（氫氣）/n（丁烷）的關系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是___________。

（3）圖（c）為反應產(chǎn)率和反應溫度的關系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 ℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是_____________。

Answer 1

【答案】

（1）+123kJ·mol－1 < AD

（2）氫氣是產(chǎn)物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大

（3）升高溫度有利于反應向吸熱方向進行 溫度升高反應速率加快 丁烯高溫裂解生成短鏈烴類

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律，用②式-③式可得①式，因此△H1=△H2-△H3=-119 kJ/mol +242 kJ/mol =+123kJ/mol。由a圖可以看出，溫度相同時，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移動，所以x的壓強更小，x<0.1。由于反應①為吸熱反應，所以溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此A正確、B錯誤。反應①正向進行時體積增大，加壓時平衡逆向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率減小，因此C錯誤，D正確。正確答案：+43kJ·mol－1、小于、AD。（2）一方面H2可以活化催化劑，同時作為反應①的產(chǎn)物，他也會促使平衡逆向移動，從而減少平衡體系中的丁烯的含量。正確答案：原料中過量H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯轉(zhuǎn)化率下降。（3）590℃之前，溫度升高時反應速率加快，生成的丁烯會更多，同時由于反應①是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡體系中會含有更多的丁烯。而溫度超過590℃時，由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以參加反應①的丁烷也就相應減少。正確答案：590℃前升高溫度，反應①平衡正向移動、 升高溫度時，反應速率加快，單位時間產(chǎn)生丁烯更多、 更高溫度則有更多的C4H10裂解導致產(chǎn)率降低。