Question

【題目】丙烯是重要的有機(jī)化工原料，丙烷脫氫制丙烯具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會意義�；卮鹣铝袉栴}：

（1）已知：I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) H=-238kJ·mol-1

II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=-484kJ·mol-1

則丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的H為__。

（2）一定溫度下，向恒容密閉容器中充入1molC3H8，開始壓強(qiáng)為pkPa，發(fā)生丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)。

①下列情況能說明丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__(填字母)。

A. 該反應(yīng)的焓變(H)保持不變

B. 氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變

C. 氣體密度保持不變

D. C3H8分解速率與C3H6消耗速率相等

②丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)過程中，C3H8的氣體體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖a所示。此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=__kPa(用含字母p的代數(shù)式表示，Kp是用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)的分壓表示的平衡常數(shù)，平衡分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

③已知上述反應(yīng)中，v正=k正·p(C3H8)，v逆=k逆·p(C3H6)p(H2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)，則圖a中m點(diǎn)處=_。

（3）保持相同反應(yīng)時(shí)間，在不同溫度下，丙烯產(chǎn)率如圖b所示，丙烯產(chǎn)率在425℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是__、__；425℃之后，丙烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是__。

Answer 1

【答案】+123kJ/mol BD 0.9P 5.4 溫度升高反應(yīng)速率加快 升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行 催化劑失活，反應(yīng)速率迅速減小或者發(fā)生副反應(yīng)，丙烷分解成其他產(chǎn)物

【解析】

(1)根據(jù)已知熱化學(xué)方程式和蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

(2)①容器的容積不變，該反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的量、濃度等保持不變，以及衍生出來的一些量也不變，但一定得是“變化的量”不變了，才可作為判斷平衡的標(biāo)志；

②根據(jù)達(dá)到平衡時(shí)，丙烷的體積分?jǐn)?shù)為25%，列出三段式計(jì)算平衡時(shí)各氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，進(jìn)而計(jì)算分壓，再計(jì)算Kp；

③先根據(jù)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正=v逆，即k正·p(C3H8)= k逆·p(C3H6)p(H2)，計(jì)算，再根據(jù)m點(diǎn)處，丙烷的體積分?jǐn)?shù)為50%，列出三段式計(jì)算此時(shí)各氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，再計(jì)算分壓，進(jìn)而計(jì)算；

(3)該反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，結(jié)合圖像分析，溫度對反應(yīng)速率和平衡、催化劑等的影響進(jìn)行分析。

(1)已知熱化學(xué)方程式：I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) H=-238kJ·mol-1，II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=-484kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知，(I-II)可得目標(biāo)方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，則，故答案為：+123kJ/mol；

(2)①容器的容積不變，該反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，

A. 該反應(yīng)的焓變(H)為一定值，無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡，始終保持不變，則該反應(yīng)的焓變(H)保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A不符合；

B. 混合氣體的總質(zhì)量不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量增大，則氣體平均摩爾質(zhì)量會減小，則當(dāng)氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變時(shí)，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B符合；

C. 混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積不變，則氣體密度為一定值，始終保持不變，則氣體密度保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C不符合；

D. C3H8的分解速率為正反應(yīng)速率，C3H6的消耗速率為逆反應(yīng)速率，二者相等，則C3H8的分解速率與C3H8的生成速率相等，說明正逆反應(yīng)速率相等，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D符合；故答案為：BD；

②由圖可知達(dá)到平衡時(shí)，丙烷的體積分?jǐn)?shù)為25%，設(shè)丙烷的轉(zhuǎn)化量為xmol，可列出三段式（單位為：mol）：

，則丙烷的體積分?jǐn)?shù)為，解得x=0.6，則平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量為1.6mol，根據(jù)恒溫恒容時(shí)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可得，平衡時(shí)，氣體的總壓強(qiáng)為1.6pkPa，丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為，則p(C3H8)=，p(C3H6)=p(H2)=，則，

故答案為：0.9P；

③當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正=v逆，即k正·p(C3H8)= k逆·p(C3H6)p(H2)，則，m點(diǎn)處，丙烷的體積分?jǐn)?shù)為50%，設(shè)丙烷的轉(zhuǎn)化量為xmol，可列出三段式（單位為：mol）：

，則丙烷的體積分?jǐn)?shù)為，解得x=，則此時(shí)氣體總物質(zhì)的量為，根據(jù)恒溫恒容時(shí)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可得，此時(shí)氣體的總壓強(qiáng)為，丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為，則p(C3H8)=，p(C3H6)=p(H2)=，則，故答案為：5.4；

(3)該反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，保持相同反應(yīng)時(shí)間，425℃之前，溫度越高反應(yīng)速率越快，溫度越高，平衡正向移動程度越大，丙烯產(chǎn)率越大；425℃之后，丙烯產(chǎn)率快速降低，可能是溫度過高，導(dǎo)致催化劑失活，反應(yīng)速率迅速減小或者發(fā)生副反應(yīng)，丙烷分解成其他產(chǎn)物，故答案為：溫度升高反應(yīng)速率加快；升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行；催化劑失活，反應(yīng)速率迅速減小或者發(fā)生副反應(yīng)，丙烷分解成其他產(chǎn)物。