Question

【題目】乙基叔丁基酸(以ETBE表示)是一種性能優(yōu)良的高辛烷值汽油調(diào)和劑，用乙醇與異丁烯(以IB表示)在催化劑HZSM-5催化下合成ETBE，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g) △H，回答下列問題：

注：C1表示乙醇和異丁烯同時(shí)吸附，C2表示先吸附乙醇，C3表示先吸附異丁烯。

(1)反應(yīng)物被催化劑HZSM-5吸附的順序與反應(yīng)歷程的關(guān)系如上圖所示，該反應(yīng)的△H=____akJ·mol-1，下列選項(xiàng)正確的是______(填序號(hào))。

A．反應(yīng)歷程的最優(yōu)途徑是C1

B．HZSM-5沒有參加化學(xué)反應(yīng)

C．相同條件下，采用不同途徑時(shí)，乙醇的平衡轉(zhuǎn)化率C1＞C2＞C3

D．升高反應(yīng)溫度有利于提高平衡產(chǎn)率

(2)向剛性容器中按物質(zhì)的量之比1：1充入乙醇和異丁烯，在溫度為378 K與388 K時(shí)異丁烯的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化如圖所示。

①圖中A、M、B三點(diǎn)，化學(xué)反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)?/span>______，其中逆反應(yīng)速率最大的點(diǎn)是______（用符號(hào)A、M、B填寫）。

②388 K時(shí)，容器內(nèi)起始總壓為P0 Pa，用分壓表示的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______Pa-1(用含有P0的式子表示)。

③瑞典化學(xué)家阿累尼烏斯的化學(xué)反應(yīng)速率經(jīng)驗(yàn)定律為：，（其中，k為速率常數(shù)，A、R為常數(shù)，Ea為活化能，T為絕對(duì)溫度，e為自然對(duì)數(shù)底數(shù)，約為2.718）。由此判斷下列說法中正確的是_____（填序號(hào)，k正 、k逆為正、逆速率常數(shù)）。

A．其他條件不變，升高溫度，k正增大，k逆變小

B．其他條件不變，使用催化劑，k正、k逆同倍數(shù)增大

C．其他條件不變，増大反應(yīng)物濃度k正增大，k逆不變

D．其他條件不變，減小壓強(qiáng)，k正、k逆都變小

已知反應(yīng)速率υ=υ正-υ逆=k正P(C2H5OH)·P(IB)-k逆P(ETBE)，計(jì)算上圖中M點(diǎn)=_______(保留兩位小數(shù)）

Answer 1

【答案】-4 A M>B>A A B 5.33

【解析】

(1)根據(jù)圖象，H=生成物總能量-反應(yīng)物總能量，根據(jù)到達(dá)過渡態(tài)的活化能高低選擇合適的反應(yīng)途徑；

(2)①溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率增大，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短；

②388 K時(shí)，異丁烯的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，根據(jù)方程式計(jì)算平衡時(shí)各種氣體的物質(zhì)的量，利用氣體的物質(zhì)的量的比等于壓強(qiáng)比，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算可得；

③根據(jù)溫度、濃度、催化劑對(duì)速率常數(shù)的影響分析判斷，結(jié)合平衡時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等，根據(jù)圖象，M點(diǎn)異丁烯的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，根據(jù)方程式計(jì)算。

(1) 根據(jù)圖象，H=生成物總能量-反應(yīng)物總能量=(1-5)a kJ/mol=-4a kJ/mol；

A．過渡態(tài)1的活化能為E1=4a kJ/mol，過渡態(tài)2的活化能為E2=6a kJ/mol，過渡態(tài)3的活化能為E3=6a kJ/mol，所以過渡態(tài)1的活化能最低，反應(yīng)相對(duì)容易，則反應(yīng)歷程的最優(yōu)途徑是C1，A正確；

B. 催化劑HZSM-5參加化學(xué)反應(yīng)，降低反應(yīng)的活化能，能夠使化學(xué)反應(yīng)速率大大加快，B錯(cuò)誤；

C．采用不同途徑，由于不能改變反應(yīng)物、生成物的總能量，因此反應(yīng)熱不變，在相同條件下，采用不同途徑時(shí)，最終達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物乙醇的平衡轉(zhuǎn)化率不變，C錯(cuò)誤；

D．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在其他條件不變時(shí)，升高反應(yīng)溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，因此不有利于提高平衡產(chǎn)率，D錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是A；

(2)①溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率增大，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，溫度388 K高于378 K，所以388 K時(shí)異丁烯的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線為L1，378 K時(shí)異丁烯的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線為L2。M、A是388 K溫度下的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，M點(diǎn)反應(yīng)物的濃度比A點(diǎn)的高，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快，所以反應(yīng)速率M＞A ；B點(diǎn)是378 K時(shí)的反應(yīng)速率，M、B兩點(diǎn)濃度相同但M點(diǎn)溫度高，則反應(yīng)速率M>B；A、B兩點(diǎn)觀察斜率，反應(yīng)速率B>A，故化學(xué)反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)椋?/span>M＞B＞A；

A、B、M三點(diǎn)中A點(diǎn)的溫度高于B點(diǎn)，A點(diǎn)生成物的濃度大于M、B點(diǎn)，所以圖中A、M、B三點(diǎn)，逆反應(yīng)速率最大的點(diǎn)是A點(diǎn)；

②在388 K時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)異丁烯轉(zhuǎn)化率為80%，由于在反應(yīng)開始時(shí)按物質(zhì)的量之比1：1充入乙醇和異丁烯，發(fā)生反應(yīng)：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)，假設(shè)反應(yīng)開始時(shí)n(異丁烯)=n(乙醇)=a mol，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量為n(異丁烯)=n(乙醇)=0.2a mol，n(ETBE)=0.8a mol，平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量n(總)= 0.2a mol+0.2a mol+0.8a mol=1.2a mol，平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)P=P0=0.6P0，在相同條件下氣體的物質(zhì)的量的比等于壓強(qiáng)之比，則平衡時(shí)各種氣體的分壓P(異丁烯)=P(乙醇)=×0.6P0=0.1 P0，P(ETBE)=×0.6p0=0.4 P0，所以用分壓表示的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= =；

③A．其他條件不變，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，因此k正、k逆都增大，A錯(cuò)誤；

B．催化劑對(duì)正、逆反應(yīng)速率影響相同，因此其他條件不變，使用催化劑，k正、k逆同倍數(shù)增大，B正確；

C．反應(yīng)速率常數(shù)只與反應(yīng)溫度有關(guān)，在其它條件不變時(shí)，増大反應(yīng)物濃度，k正、k逆都不變，C錯(cuò)誤；

D．反應(yīng)速率常數(shù)只與反應(yīng)溫度有關(guān)，在其它條件不變時(shí)，減小壓強(qiáng)，k正、k逆都不變，D錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是B；

③反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)υ=υ正-υ逆=k正P(C2H5OH)·P(IB)-k逆P(ETBE)=0，則==；由于在反應(yīng)開始時(shí)按物質(zhì)的量之比1：1充入乙醇和異丁烯，發(fā)生反應(yīng)：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)，假設(shè)反應(yīng)開始時(shí)n(異丁烯)=n(乙醇)=a mol，在M點(diǎn)異丁烯轉(zhuǎn)化率為60%，則M點(diǎn)時(shí)n(異丁烯)=n(乙醇)=0.4a mol，n(ETBE)=0.6a mol，氣體總物質(zhì)的量為n(總)=0.4a mol+0.4a mol+0.6a mol=1.4a mol，此時(shí)氣體壓強(qiáng)P=P0=0.7P0，在相同條件下氣體的物質(zhì)的量的比等于壓強(qiáng)之比，則M點(diǎn)各種氣體的分壓P(異丁烯)=P(乙醇)=×0.7P0=0.2P0，P(ETBE)=×0.7P0=0.3P0，所以M點(diǎn)=5.33。