Question

【題目】（14分）丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題：

（1）正丁烷（C4H10）脫氫制1-丁烯（C4H8）的熱化學(xué)方程式如下：

①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1

已知：②C4H10(g)+O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1

③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1

反應(yīng)①的ΔH1為________ kJ·mol-1。圖（a）是反應(yīng)①平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系圖，x_____________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應(yīng)采取的措施是__________（填標(biāo)號）。

A．升高溫度 B．降低溫度 C．增大壓強(qiáng) D．降低壓強(qiáng)

（2）丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應(yīng)器（氫氣的作用是活化催化劑），出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖（b）為丁烯產(chǎn)率與進(jìn)料氣中n（氫氣）/n（丁烷）的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是___________。

（3）圖（c）為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 ℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是_____________。

Answer 1

【答案】

（1）+123kJ·mol－1 < AD

（2）氫氣是產(chǎn)物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應(yīng)速率增大

（3）升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行 溫度升高反應(yīng)速率加快 丁烯高溫裂解生成短鏈烴類

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律，用②式-③式可得①式，因此△H1=△H2-△H3=-119 kJ/mol +242 kJ/mol =+123kJ/mol。由a圖可以看出，溫度相同時(shí)，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移動(dòng)，所以x的壓強(qiáng)更小，x<0.1。由于反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，所以溫度升高時(shí)，平衡正向移動(dòng)，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此A正確、B錯(cuò)誤。反應(yīng)①正向進(jìn)行時(shí)體積增大，加壓時(shí)平衡逆向移動(dòng)，丁烯的平衡產(chǎn)率減小，因此C錯(cuò)誤，D正確。正確答案：+43kJ·mol－1、小于、AD。（2）一方面H2可以活化催化劑，同時(shí)作為反應(yīng)①的產(chǎn)物，他也會促使平衡逆向移動(dòng)，從而減少平衡體系中的丁烯的含量。正確答案：原料中過量H2會使反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng)，所以丁烯轉(zhuǎn)化率下降。（3）590℃之前，溫度升高時(shí)反應(yīng)速率加快，生成的丁烯會更多，同時(shí)由于反應(yīng)①是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，平衡體系中會含有更多的丁烯。而溫度超過590℃時(shí)，由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以參加反應(yīng)①的丁烷也就相應(yīng)減少。正確答案：590℃前升高溫度，反應(yīng)①平衡正向移動(dòng)、 升高溫度時(shí)，反應(yīng)速率加快，單位時(shí)間產(chǎn)生丁烯更多、 更高溫度則有更多的C4H10裂解導(dǎo)致產(chǎn)率降低。