Question

4．丙烷制備丙烯已成為制備丙烯的重要方法之一．
方法 I：丙烷脫氫制丙烯：
①C₃H₈（g）$?_{△}^{催化劑}$  C₃H₆（g）+H₂（g）△H₁
方法 II：丙烷氧化脫氫制丙烯：（投料為C₃H₈和CO₂）
②C₃H₈（g）+CO₂（g） $?_{△}^{催化劑}$   C₃H₆（g）+CO（g）+H₂O（g）△H₂=165kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g） $?_{△}^{催化劑}$  CO（g）+H₂O（g）△H₃=41kJ•mol^-1
已知：

化學鍵	C-H	C-C	C═C	H-H
鍵能/kJ•mol-1	412	348	612	436

（1）計算△H₁=124kJ•mol^-1
（2）模擬方法 I制丙烯，在體積可變的反應器中，恒溫，維持體系總壓強恒定為0.1MPa，加入1mol C₃H₈（g）時體積為50L，再加入8.5mol水蒸汽作為稀釋劑，反應t分鐘達到平衡，測得丙烷0.5mol，已知：分壓=物質的量分數(shù)×總壓強．
①計算該溫度下反應I的平衡常數(shù)K=0.005MPa（K_P）或0.001（K_C）．
②常壓下，溫度為600K～1000K，水烴比M=10（水烴比是指投料中水蒸汽和丙烷的物質的量之比）時丙烷脫氫平衡轉化率與溫度變化的曲線如圖1，在圖1中畫出水烴比M=8時的曲線．
（3）模擬方法 II制丙烯，在恒溫恒容條件下充入物質的量之比為1：1的丙烷和二氧化碳氣體，一段時間后達到平衡，則下列可以判斷容器內反應體系達到平衡的是AB．
A．v_正（C₃H₈）=v_逆（C₃H₆）    B．平均相對分子質量不再變化
C．氣體密度不再變化               D．丙烷和二氧化碳的物質的量比值不再變化
（4）在相同條件下模擬方法 I與方法 II，測得丙烷的平衡轉化率與溫度的關系如圖2所示，圖2中方法 II對應的曲線是M（填“M”或“N”），從化學平衡的角度解釋丙烷平衡轉化率M高于N的原因方法 II 可看成是發(fā)生反應①和反應③，由于反應③會消耗氫氣，使得反應①的化學平衡向右移動．

（5）恒溫，密閉容器中投入丙烷發(fā)生反應①，某壓強下反應t時刻后測得丙烷的轉化率，然后保持其它初始實驗條件不變，分別在不同壓強下，重復上述實驗，經過相同時間測得丙烷的轉化率隨壓強變化趨勢圖可能圖3中的是ACD．

Answer 1

分析 （1）焓變等于反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①恒溫恒壓條件下，體積與物質的量成正比，加入1mol C₃H₈（g）時體積為50L，達到平衡狀態(tài)時丙烷0.5mol，則參加反應的n（C₃H₈）=n（C₃H₆）=n（H₂）=1mol-0.5mol=0.5mol，平衡時混合氣體總物質的量=（0.5mol+0.5mol+0.5mol+8.5mol）=10mol，平衡狀態(tài)時容器體積=$\frac{10mol}{1mol}×$50L=500L，則平衡時c（C₃H₈）=c（C₃H₆）=c（H₂）=$\frac{0.5mol}{500L}$=0.001mol/L，
化學平衡常數(shù)Kc=$\frac{c（{C}_{3}{H}_{6}）．c（{H}_{2}）}{c（{C}_{3}{H}_{8}）}$；
平衡時P（C₃H₈）=P（C₃H₆）=P（H₂）=$\frac{0.5mol}{10mol}$×0.1MPa=0.005MPa，
化學平衡常數(shù)Kp=$\frac{P（{C}_{3}{H}_{6}）．P（{H}_{2}）}{P（{C}_{3}{H}_{8}）}$；
②根據圖知，升高溫度丙烷脫氫率增大，說明該反應是吸熱反應，水烴比減小，丙烷的脫氫率減小，升高溫度平衡正向移動；
（3）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量都不變；
（4）反應①+反應③得到反應②，生成物濃度降低平衡正向移動；
（5）該反應前后氣體物質的量增大，在沒有達到平衡之前，平衡正向移動，反應物轉化率增大，達到平衡狀態(tài)后增大壓強平衡逆向移動，丙烷的轉化率降低．

解答 解：（1）焓變等于反應物總鍵能-生成物總鍵能=8×412kJ/mol+2×348kJ/mol-6×312kJ/mol-348kJ/mol-612kJ/mol-436kJ/mol=124kJ/mol，
故答案為：+124；
（2）①恒溫恒壓條件下，體積與物質的量成正比，加入1mol C₃H₈（g）時體積為50L，達到平衡狀態(tài)時丙烷0.5mol，則參加反應的n（C₃H₈）=n（C₃H₆）=n（H₂）=1mol-0.5mol=0.5mol，平衡時混合氣體總物質的量=（0.5mol+0.5mol+0.5mol+8.5mol）=10mol，平衡狀態(tài)時容器體積=$\frac{10mol}{1mol}×$50L=500L，則平衡時c（C₃H₈）=c（C₃H₆）=c（H₂）=$\frac{0.5mol}{500L}$=0.001mol/L，
化學平衡常數(shù)Kc=$\frac{c（{C}_{3}{H}_{6}）．c（{H}_{2}）}{c（{C}_{3}{H}_{8}）}$=$\frac{0.001×0.001}{0.001}$=0.001；
平衡時P（C₃H₈）=P（C₃H₆）=P（H₂）=$\frac{0.5mol}{10mol}$×0.1MPa=0.005MPa，
化學平衡常數(shù)Kp=$\frac{P（{C}_{3}{H}_{6}）．P（{H}_{2}）}{P（{C}_{3}{H}_{8}）}$=$\frac{0.005MPa×0.005MPa}{0.005MPa}$=0.005MPa，
故答案為：K_P=0.005MPa或K_C=0.001；
②根據圖知，升高溫度丙烷脫氫率增大，說明該反應是吸熱反應，水烴比減小，丙烷的脫氫率減小，升高溫度平衡正向移動，丙烷脫氫率增大，所以其圖象為，
故答案為：；
（3）A．v_正（C₃H₈）=v_逆（C₃H₆）=v_逆（C₃H₈），正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故正確； B．反應前后氣體總物質的量增大、總質量不變，則反應前后平均相對分子質量減小，當混合氣體平均相對分子質量不變時，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
C．反應前后總質量、容器體積都不變，則氣體密度始終不變，不能據此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
D．丙烷和二氧化碳的物質的量比值始終不變，不能據此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選AB；
（4）方法 II 可看成是發(fā)生反應①和反應③，由于反應③會消耗氫氣，使得反應①的化學平衡向右移動，所以丙烷去除率增大，則M是方法 II對應的曲線，
故答案為：M；方法 II 可看成是發(fā)生反應①和反應③，由于反應③會消耗氫氣，使得反應①的化學平衡向右移動；
（5）該反應前后氣體物質的量增大，在沒有達到平衡之前，平衡正向移動，反應物轉化率增大，達到平衡狀態(tài)后增大壓強平衡逆向移動，丙烷的轉化率降低，所以符合的圖形有ACD，
故答案為：ACD．

點評 本題考查化學平衡計算及化學平衡移動影響因素，為高頻考點，側重考查學生分析判斷、計算能力，難點是化學平衡常數(shù)計算及（5）題分析，注意（5）題中曲線可能是平衡后增大壓強時變化曲線，或平衡前增大壓強變化曲線，題目難點中等．