Question

【題目】乙烯是重要的化工原料，目前主要通過石油煉化制備。隨著化石燃料資源日益減少，科研工作者正在探索和研發(fā)制備乙烯的新方法。

Ⅰ．甲烷在一定條件下脫氫可生成乙烯：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)△H＞0

（1）活化能Ea正____Ea逆（填“＞”、“＝”或“＜”，下同）；k正、k逆表示速率常數(shù)，當(dāng)升高溫度時，k正增大的倍數(shù)____k逆增大的倍數(shù)。

Ⅱ．利用生物無水乙醇催化脫水制備乙烯

主反應(yīng) i：C2H5OH(g)C2H4(g)＋H2O(g)△H1＝+45.5 kJ/mol

副反應(yīng) ii：2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)＋H2O(g)△H2＝﹣19.0 kJ/mol

副反應(yīng) iii：C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)＋H2O(g)△H3

（2）求△H3＝____。

（3）在 2L 恒容密閉容器中充入2mol C2H5OH(g)和一定量的催化劑進(jìn)行反應(yīng)，平衡體系中含碳組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示：

①圖中 Y 代表____（填“C2H4”或“C2H5OC2H5”），請解釋原因____。

②主反應(yīng) i 在 A 點達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志為____。

a.乙烯濃度不再變化 b.容器內(nèi)壓強不隨時間變化

c.混合氣體的密度不隨時間變化 d.△H 不再變化

③380℃時，假設(shè)乙醇完全反應(yīng)，則反應(yīng) iii 的平衡常數(shù) K＝____。

Answer 1

【答案】＞ ＞ +110kJ/mol C2H4 生成C2H4的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動，C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大 ab

【解析】

Ⅰ.(1)該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)活化能大于逆反應(yīng)活化能；溫度升高，平衡正反應(yīng)方向移動；

Ⅱ. (2)根據(jù)蓋斯定律，主反應(yīng)i×2-副反應(yīng)ii可得副反應(yīng)iii，據(jù)此計算△H3；

(3)①根據(jù)主反應(yīng)i和副反應(yīng)iii可知，生成乙烯的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正反應(yīng)方向移動，乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，據(jù)此判斷；

②a. 乙烯濃度不再變化，說明正逆反應(yīng)速率相等；

b. 該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，壓強一定，反應(yīng)達(dá)到了平衡；

c. 反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，總體積不變，混合氣體的密度不變；

d. △H不再變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到了平衡；

③平衡時，設(shè)乙烯為x mol，乙醚為y mol，380時，由圖像可知x=4y，乙醇完全消耗，根據(jù)碳元素守恒，n（C2H5OH）=n（C2H4）+2n（C2H5OC2H5），則x+2y=2，再根據(jù)氫元素守恒求n（H2O），最后計算。

Ⅰ.(1)該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，活化能Ea正＞Ea逆；溫度升高，平衡正反應(yīng)方向移動，k正增大的倍數(shù)大于k逆增大的倍數(shù)，故答案為：＞；＞；

Ⅱ. (2)根據(jù)蓋斯定律，主反應(yīng)i×2-副反應(yīng)ii可得副反應(yīng)iii：C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)＋H2O(g)，則△H3=2△H1-△H2=45.5kJ/mol×2+19.0kJ/mol=+110kJ/mol，故答案為：+110kJ/mol；

(3)①根據(jù)主反應(yīng)i和副反應(yīng)iii可知，生成乙烯的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正反應(yīng)方向移動，乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，所以圖中Y代表的是C2H4，故答案為：C2H4；生成C2H4的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動，C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大；

②a. 乙烯濃度不再變化，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到了平衡，a選；

b. 該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，容器內(nèi)壓強不隨時間變化，反應(yīng)達(dá)到了平衡，b選；

c. 反應(yīng)過程中氣體總質(zhì)量始終不變，總體積不變，混合氣體的密度始終不變，所以混合氣體的密度不隨時間變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到了平衡，c不選；

d. △H不再變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到了平衡，d錯誤；故答案為：ab；

③平衡時設(shè)乙烯為x mol，乙醚為y mol，380時，由圖像可知x=4y，由于乙醇完全消耗，根據(jù)元素守恒，n（C2H5OH）=n（C2H4）+2n（C2H5OC2H5），則x+2y=2，解得：x=，y=，再根據(jù)氫元素守恒，n（H2O）=，= =，故答案為：。