Question

【題目】烯烴催化裂解是制備短鏈烯烴的重要途徑。研究表明，1－丁烯[CH3CH2CH＝CH2（g）]催化裂解時(shí)，發(fā)生兩個(gè)平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)生成丙烯和乙烯，兩反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

①3CH3CH2CH＝CH2（g）4CH3CH＝CH2（g） △H＝＋579 kJ·mol－1

②CH3CH2CH＝CH2（g）2CH2＝CH2（g） △H＝＋283 kJ·mol－1

回答下列問題：

（1）若1－丁烯的燃燒熱為2539 kJ·mol－1，則表示乙烯燃燒熱的熱化學(xué)方程式為____；1－丁烯轉(zhuǎn)化為丙烯反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為_____。

（2）有利于提高1－丁烯平衡轉(zhuǎn)化率的措施有_______。

（3）550℃和0.02～0.5 MPa下，①②兩個(gè)反應(yīng)均建立平衡，測(cè)得平衡混合物里各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化的曲線如下圖所示。由圖可知，1－丁烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的增大而增大，主要原因是______。

（4）在1－丁烯裂解的實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)物中丙烯的含量，除了選擇合適的溫度和壓強(qiáng)之外，還有一條關(guān)鍵措施是_____。0.1 MPa和300～700℃下，1－丁烯裂解產(chǎn)物中各組分比例變化的曲線如下圖所示。由圖可知，生產(chǎn)過程中提高丙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最佳溫度為___℃，在該溫度之前各溫度對(duì)應(yīng)的組成______（填“一定是”、“可能是”或“一定不是”）平衡態(tài)，理由是____________。

Answer 1

【答案】CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H= -1411kJ·mol-1 K= 升高溫度、減小壓強(qiáng) 其它條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，CH3CH2CH=CH2催化裂解為丙烯或乙烯的平衡均逆向移動(dòng)，CH3CH2CH=CH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)增大 高選擇性的催化劑 450℃ 可能是 1-丁烯裂解為丙烯和乙烯的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，升高溫度，兩個(gè)平衡均正向移動(dòng)，導(dǎo)致丙烯和乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大

【解析】

(1)1－丁烯的燃燒熱為2539 kJ·mol－1，則其燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3CH2CH＝CH2(g)+ 6O2(g)=4CO2(g)+4H2O(l)△H= -2539kJ·mol-1，結(jié)合蓋斯定律寫出乙烯燃燒熱的熱化學(xué)方程式；平衡常數(shù)等于生成物濃度冪的積與反應(yīng)物濃度冪的積之比；

(2)改變溫度、壓強(qiáng)、反應(yīng)物或生成物的濃度可促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；

(3)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后增大壓強(qiáng)，平衡向氣體總物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)；

(4)結(jié)合1－丁烯裂解過程中各裂解產(chǎn)物的含量與溫度變化的曲線分析即可。

(1)已知：②CH3CH2CH＝CH2(g)2CH2＝CH2(g)△H＝＋283 kJ·mol－1，③CH3CH2CH＝CH2(g)+ 6O2(g)=4CO2(g)+4H2O(l)△H= -2539kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律③ - ②可得CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)，則△H=(-2539kJ·mol-1) -(＋283 kJ·mol－1)=-1411kJ·mol-1，故乙烯燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)△H= -1411kJ·mol-1；已知3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=；

(2)已知3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)△H＝＋579 kJ·mol－1，正反應(yīng)為吸熱、氣體總物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，則升高溫度或減小壓強(qiáng)可促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，有利于提高1－丁烯平衡轉(zhuǎn)化率；

(3)已知：①3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)△H＝＋579 kJ·mol－1，②CH3CH2CH＝CH2(g)2CH2＝CH2(g)△H＝＋283 kJ·mol－1，①②兩個(gè)反應(yīng)的逆反應(yīng)均為氣體總物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，則其它條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，CH3CH2CH=CH2催化裂解為丙烯或乙烯的平衡均逆向移動(dòng)，CH3CH2CH=CH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)增大；

(4)已知：①3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)△H＝＋579 kJ·mol－1，②CH3CH2CH＝CH2(g)2CH2＝CH2(g)△H＝＋283 kJ·mol－1，則生產(chǎn)過程中除選擇合適的溫度和壓強(qiáng)之外，還需要選擇高選擇性的催化劑；由0.1 MPa和300～700℃下，1－丁烯裂解產(chǎn)物中各組分比例變化的曲線可知，生產(chǎn)過程中提高丙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最佳溫度為450℃左右；1-丁烯裂解為丙烯和乙烯的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，升高溫度，兩個(gè)平衡均正向移動(dòng)，導(dǎo)致丙烯和乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增，則450℃之前各溫度對(duì)應(yīng)的組成可能是平衡態(tài)。