Question

16．乙烯在化工生產中的用途廣泛，乙烷脫氫制乙烯是工業(yè)上常用方法，但如果提高乙烯的產率一直是科學家研究的方向．現(xiàn)階段CO₂氧化乙烷脫氫制乙烯的研究在國內外學術界引起較大關注，主要涉及以下反應：
反應①：C₂H₆?C₂H₄+H₂ △H₁
反應②：CO₂+H₂?CO+H₂O（g）  H₂＜0
總反應③：C₂H₆+CO₂?C₂H₄+H₂O（g）+CO△H₃
（1）反應①的△S＞0（填“＞”或“＜”）
（2）在工業(yè)生產中，為了提高反應①中乙烯的產率，有人擬加入O₂除去生成的H₂，試解釋采取這一措施的原理：氧氣與氫氣反應生成水，減低氫氣的濃度，反應①平衡正向移動，提高乙烯的產率．但由于O₂的氧化性強，乙烯往往會被氧化，最終乙烯的產率提高不大，無實際意義．
（3）下列關于該研究的說法正確的是：BD（填寫相應的編號）
A．為加快反應速率，生產中實際溫度越高越好，可提高每天的產量，從而提高經濟效益；
B．研究開發(fā)合適的催化劑，加快反應速率；
C．加入CO₂可加快反應①的速率，從而提高乙烯的產率；
D．加入CO₂對反應①的各物質起到稀釋的作用，在恒壓條件下可提高乙烷的轉化率．
（4）為研究溫度對乙烯產率的影響，實驗得圖1、圖2．試分析圖1 中H₂收率在同一溫度下隨時間變化而下降的原因：反應②中二氧化碳消耗氫氣，使氫氣的收率降低．從圖2中分析反應③的△H₃＞0（填“＞”或“＜”）
（5）寫出反應②的平衡常數表達式：K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$．若令濃度商Q=$\frac{生成物濃度的系數次方的乘積}{反應物濃度的系數次方的乘積}$，400K時，在固定體積的密閉容器中，充入物質的量為1：1的CO₂和H₂，經過一定時間t后到達平衡，在升高溫度至1700K．在圖3畫出反應②隨溫度升高時Q值的變化趨勢圖．

Answer 1

分析 （1）反應①為氣體物質的量增大反應，混亂度增大；
（2）氧氣與氫氣反應生成水，減低氫氣的濃度，使平衡正向移動；
（3）A．溫度非常高，需要提供較多的能量，對設備要求也很高，不能提高綜合經濟效益；
B．研究開發(fā)合適的催化劑，加快反應速率，提高經濟效益；
C．加入CO₂使反應①中氫氣濃度降低，反應速率減慢；
D．在恒壓條件下加入CO₂對反應①的各物質起到稀釋的作用，平衡正向移動；
（4）由圖1可知，反應②中二氧化碳消耗氫氣，使氫氣的收率降低；
由圖2可知，隨溫度升高，乙烯的收率增大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動；
（5）平衡常數是指生成物平衡濃度化學計量數冪乘積與反應物濃度化學計量數冪乘積的比；
未到達平衡前，生成物濃度增大，反應物濃度減小，則Q值減小，到達平衡時在升高溫度，平衡逆向移動，Q值減小．

解答 解：（1）反應①為氣體物質的量增大反應，混亂度增大，故△S＞0，故答案為：＞；
（2）氧氣與氫氣反應生成水，減低氫氣的濃度，反應①平衡正向移動，提高反應①中乙烯的產率，
故答案為：氧氣與氫氣反應生成水，減低氫氣的濃度，反應①平衡正向移動，提高乙烯的產率；
（3）A．溫度非常高，需要提供較多的能量，對設備要求也很高，不能提高綜合經濟效益，故A錯誤；
B．研究開發(fā)合適的催化劑，加快反應速率，提高經濟效益，故B正確；
C．加入CO₂使反應①中氫氣濃度降低，可以通過乙烯產量，但反應速率減慢，故C錯誤；
D．在恒壓條件下加入CO₂對反應①的各物質起到稀釋的作用，平衡正向移動，可提高乙烷的轉化率，故D正確，
故選：BD；
（4）由圖1可知，反應②中二氧化碳消耗氫氣，使氫氣的收率降低；
由圖2可知，隨溫度升高，乙烯的收率增大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動，正反應為吸熱反應，反應③的△H₃＞0，
故答案為：反應②中二氧化碳消耗氫氣，使氫氣的收率降低；＞；
（5）反應②的平衡常數表達式K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$，未到達平衡前，生成物濃度增大，反應物濃度減小，則Q值減小，到達平衡時在升高溫度，平衡逆向移動，Q值減小，反應②隨溫度升高時Q值的變化趨勢圖為：，
故答案為：$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$；．

點評 本題考查化學平衡影響因素、平衡常數等，注意對基礎知識的理解掌握，難度中等．