Question

16．乙烯在化工生產(chǎn)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(chǎn)率一直是科學(xué)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(nèi)外學(xué)術(shù)界引起較大關(guān)注，主要涉及以下反應(yīng)：
反應(yīng)①：C₂H₆?C₂H₄+H₂ △H₁
反應(yīng)②：CO₂+H₂?CO+H₂O（g）  H₂＜0
總反應(yīng)③：C₂H₆+CO₂?C₂H₄+H₂O（g）+CO△H₃
（1）反應(yīng)①的△S＞0（填“＞”或“＜”）
（2）在工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高反應(yīng)①中乙烯的產(chǎn)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(yīng)生成水，減低氫氣的濃度，反應(yīng)①平衡正向移動(dòng)，提高乙烯的產(chǎn)率．但由于O₂的氧化性強(qiáng)，乙烯往往會(huì)被氧化，最終乙烯的產(chǎn)率提高不大，無實(shí)際意義．
（3）下列關(guān)于該研究的說法正確的是：BD（填寫相應(yīng)的編號(hào)）
A．為加快反應(yīng)速率，生產(chǎn)中實(shí)際溫度越高越好，可提高每天的產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益；
B．研究開發(fā)合適的催化劑，加快反應(yīng)速率；
C．加入CO₂可加快反應(yīng)①的速率，從而提高乙烯的產(chǎn)率；
D．加入CO₂對反應(yīng)①的各物質(zhì)起到稀釋的作用，在恒壓條件下可提高乙烷的轉(zhuǎn)化率．
（4）為研究溫度對乙烯產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)得圖1、圖2．試分析圖1 中H₂收率在同一溫度下隨時(shí)間變化而下降的原因：反應(yīng)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(yīng)③的△H₃＞0（填“＞”或“＜”）
（5）寫出反應(yīng)②的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$．若令濃度商Q=$\frac{生成物濃度的系數(shù)次方的乘積}{反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方的乘積}$，400K時(shí)，在固定體積的密閉容器中，充入物質(zhì)的量為1：1的CO₂和H₂，經(jīng)過一定時(shí)間t后到達(dá)平衡，在升高溫度至1700K．在圖3畫出反應(yīng)②隨溫度升高時(shí)Q值的變化趨勢圖．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)①為氣體物質(zhì)的量增大反應(yīng)，混亂度增大；
（2）氧氣與氫氣反應(yīng)生成水，減低氫氣的濃度，使平衡正向移動(dòng)；
（3）A．溫度非常高，需要提供較多的能量，對設(shè)備要求也很高，不能提高綜合經(jīng)濟(jì)效益；
B．研究開發(fā)合適的催化劑，加快反應(yīng)速率，提高經(jīng)濟(jì)效益；
C．加入CO₂使反應(yīng)①中氫氣濃度降低，反應(yīng)速率減慢；
D．在恒壓條件下加入CO₂對反應(yīng)①的各物質(zhì)起到稀釋的作用，平衡正向移動(dòng)；
（4）由圖1可知，反應(yīng)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(yīng)方向移動(dòng)；
（5）平衡常數(shù)是指生成物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積與反應(yīng)物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積的比；
未到達(dá)平衡前，生成物濃度增大，反應(yīng)物濃度減小，則Q值減小，到達(dá)平衡時(shí)在升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，Q值減小．

解答 解：（1）反應(yīng)①為氣體物質(zhì)的量增大反應(yīng)，混亂度增大，故△S＞0，故答案為：＞；
（2）氧氣與氫氣反應(yīng)生成水，減低氫氣的濃度，反應(yīng)①平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)①中乙烯的產(chǎn)率，
故答案為：氧氣與氫氣反應(yīng)生成水，減低氫氣的濃度，反應(yīng)①平衡正向移動(dòng)，提高乙烯的產(chǎn)率；
（3）A．溫度非常高，需要提供較多的能量，對設(shè)備要求也很高，不能提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，故A錯(cuò)誤；
B．研究開發(fā)合適的催化劑，加快反應(yīng)速率，提高經(jīng)濟(jì)效益，故B正確；
C．加入CO₂使反應(yīng)①中氫氣濃度降低，可以通過乙烯產(chǎn)量，但反應(yīng)速率減慢，故C錯(cuò)誤；
D．在恒壓條件下加入CO₂對反應(yīng)①的各物質(zhì)起到稀釋的作用，平衡正向移動(dòng)，可提高乙烷的轉(zhuǎn)化率，故D正確，
故選：BD；
（4）由圖1可知，反應(yīng)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(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)③的△H₃＞0，
故答案為：反應(yīng)②中二氧化碳消耗氫氣，使氫氣的收率降低；＞；
（5）反應(yīng)②的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$，未到達(dá)平衡前，生成物濃度增大，反應(yīng)物濃度減小，則Q值減小，到達(dá)平衡時(shí)在升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，Q值減小，反應(yīng)②隨溫度升高時(shí)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(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)等，注意對基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握，難度中等．