Question

【題目】丙烯是重要的有機(jī)化工原料，工業(yè)上丙烷脫氫制丙烯的反應(yīng)如下：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) △H1

(1)一定溫度下，向 10 L 恒容密閉容器中充入 2 mol C3H8 發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過(guò) 10 min達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)是開(kāi)始的 1.75 倍。

① 0 ～ 10 min 內(nèi)丙烯的生成速率 v(C3H6) =________， C3H8 的平衡轉(zhuǎn)化率為______。

②下列情況能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________。

A．氣體密度保持不變 B．[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)保持不變

C．裝置內(nèi)總壓器保持不變 D．C3H8 分解速率與 C3H6 生成速率相等

(2)總壓強(qiáng)分別為 p1 和 p2 時(shí)，上述反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡，測(cè)得丙烷及丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如下圖所示：

① 壓強(qiáng)：p1 __ p2 ； △H1_____0 (填“>”或“<”)，該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是_______(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)

②若p1=0.1 MPa，起始時(shí)充入一定量的丙烷發(fā)生反應(yīng)，計(jì)算 Q 點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp =___(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，某氣體分壓=總壓×某氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))

③在恒溫恒壓條件下，向容器中通入丙烷和稀有氣體的混合氣體，發(fā)生丙烷脫氫反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)混合氣體中稀有氣體所占比例越多，丙烷脫氫轉(zhuǎn)化率逐漸增大。試解釋原因____________。

(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，還可能存在如下副反應(yīng)：

C3H8(g) C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) △H3

C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

則△H3 =_____。

Answer 1

【答案】0.015mol·L-1·min-1 75% BC > > 高溫 0.0125MPa 該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應(yīng)體系各氣體的分壓，相當(dāng)于減壓，從而促進(jìn)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，提高了丙烷脫氫的轉(zhuǎn)化率 -136.5 kJ/mol

【解析】

（1）①令消耗C3H8的物質(zhì)的量為xmol，C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始：2 0 0

變化：x x x

平衡：2－x x x 利用壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，得出，x=1.5mol，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，v(C3H6)=mol/(L·min)=0.015 mol/(L·min)；C3H8的轉(zhuǎn)化率為=75%；

②A、根據(jù)，C3H8、C3H6、H2都是氣體，即氣體質(zhì)量保持不變，容器為恒容，V保持不變，密度不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A不符合題意；

B、Qc=[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)，K=[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)，當(dāng)Qc=K時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，即隨著反應(yīng)進(jìn)行該比值不再改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B符合題意；

C、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，利用壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，因此當(dāng)壓強(qiáng)不再改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C符合題意；

D、分解C3H8，生成C3H6，反應(yīng)都是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此C3H8分解速率與C3H6生成速率相等，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D不符合題意；

（2）①根據(jù)圖像，作等溫線，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，C3H8的物質(zhì)的量增大，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，即p1>p2；根據(jù)圖像，隨著溫度升高，C3H8物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)降低，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即△H1>0；根據(jù)符合判據(jù)△G=△H-T△S，△H>0，根據(jù)方程式，該反應(yīng)為熵增，即△S>0，能夠自發(fā)進(jìn)行，△G<0，即需要在高溫下；

②假設(shè)起始時(shí)丙烷的物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)方程式可知：
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始量（mol） 1 0 0

變化量（mol） y y y

平衡量 （mol） 1-y y y

Q點(diǎn)：丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為50%，則1-y=0.5(1+y)，解得y=1/3，則C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g) 平衡時(shí)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為：1/2、1/4、1/4，

則Q 點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù) Kp ===0.0125MPa，

③由反應(yīng)方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知，該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應(yīng)體系各氣體的分壓，相當(dāng)于減壓，從而促進(jìn)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，提高了丙烷脫氫的轉(zhuǎn)化率；

（3）①C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

②C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) △H3

③C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，③-①=②，則△H3=△H4-△H2 =-54.8 kJ/mol-81.7 kJ/mol=-136.5 kJ/mol。