Question

【題目】乙烯是用途最廣泛的基本有機原料，可用于生產(chǎn)塑料、合成橡膠等產(chǎn)品。工業(yè)上可用乙烷、二氧化碳、甲醇、乙醇等為原料制乙烯。請回答下列相關問題。

（1）已知H2、C2H4、C2H6的燃燒熱依次是286kJ／mol、1411kJ／mol、1560kJ／mol，乙烷熱裂解制乙烯的熱化學方程式是，則=_______________。

（2）工業(yè)上用乙烷熱裂解制乙烯時，通常會在保持起始壓強不變的情況下用水蒸氣對乙烷稀釋以提高平衡轉(zhuǎn)化率，其原理是______________________________________________。

向溫度為1015K、體積為5L的剛性容器中充入0.03mol水蒸氣和0.06mol乙烷，起始壓強為0.15MPa，30s后體系達到平衡，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為60％，則建立平衡的過程中平均反應速率v(H2)=______________mol／(L·s)，的平衡常數(shù)KP=_______________MPa。

（3）二氧化碳的資源化是目前的熱門研究領域，在催化劑的作用下二氧化碳可以和氫氣發(fā)生反應生成甲烷和低級烯烴CnH2n(n=2～4)。其它條件一定時，反應溫度對CO2轉(zhuǎn)化率、CH4選擇性、CnH2n選擇性的影響如下圖所示，從生產(chǎn)低級烯烴的角度考慮，最合適的反應溫度是___________。資料顯示原料氣中時，隨著的增大，低級烯烴的選擇性會逐漸降低，但氫氣的總轉(zhuǎn)化率不發(fā)生明顯變化，原因可能是_____________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】 用水蒸氣對原料氣進行稀釋相當于減壓，熱裂解反應平衡正向移動，平衡轉(zhuǎn)化率增大（答案合理即可） 0.09 240℃ 低級烯烴與氫氣發(fā)生加成反應生成烷烴

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律計算可得；

（2）熱裂解反應是氣體體積增大的反應，用水蒸氣對原料氣進行稀釋相當于減壓；依據(jù)速率公式和分壓平衡常數(shù)計算可得；

（3）由圖可知，240℃時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率和低級烯烴選擇性最高，甲烷選擇性最低；時，隨著的增大，低級烯烴的選擇性逐漸降低，說明生成的烯烴比例減少，氫氣的總轉(zhuǎn)化率不發(fā)生明顯變化說明氫氣發(fā)生了其它反應，可能是烯烴與氫氣發(fā)生加成反應生成了烷烴。

（1）根據(jù)的燃燒熱可得如下熱化學方程式：

①

②

③

根據(jù)蓋斯定律，③—①—②可得乙烷熱裂解制乙烯的熱化學方程式是，則，故答案為：；

（2）熱裂解反應是氣體體積增大的反應，用水蒸氣對原料氣進行稀釋相當于減壓，熱裂解反應平衡正向移動，因此平衡轉(zhuǎn)化率增大；由化學計量數(shù)之比等于化學反應速率之比可得

；容器中起始總物質(zhì)的量為，壓強為，根據(jù)題中數(shù)據(jù)可知，平衡時乙烷、乙烯、氫氣的物質(zhì)的量依次為0.06mol—0.06mol×60%=0.024mol，0.06mol×60%=0.036mol，0.06mol×60%=0.036mol，此時容器中總物質(zhì)的量為(0.024mol+0.036mol+0.036mol+0.03mol)=0.126mol，由可得平衡時壓強為，則乙烷、乙烯、氫氣的平衡分壓依次為，，故答案為：0.09；

（3）由圖可知，240℃時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率和低級烯烴選擇性最高，甲烷選擇性最低，因此應選擇240℃；時，隨著的增大，低級烯烴的選擇性逐漸降低，說明生成的烯烴比例減少，氫氣的總轉(zhuǎn)化率不發(fā)生明顯變化說明氫氣發(fā)生了其它反應，可能是烯烴與氫氣發(fā)生加成反應生成了烷烴，故答案為：240℃；低級烯烴與氫氣發(fā)生加成反應生成烷烴。