Question

4．丙烷制備丙烯已成為制備丙烯的重要方法之一．
方法 I：丙烷脫氫制丙烯：
①C₃H₈（g）$?_{△}^{催化劑}$  C₃H₆（g）+H₂（g）△H₁
方法 II：丙烷氧化脫氫制丙烯：（投料為C₃H₈和CO₂）
②C₃H₈（g）+CO₂（g） $?_{△}^{催化劑}$   C₃H₆（g）+CO（g）+H₂O（g）△H₂=165kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g） $?_{△}^{催化劑}$  CO（g）+H₂O（g）△H₃=41kJ•mol^-1
已知：

化學(xué)鍵	C-H	C-C	C═C	H-H
鍵能/kJ•mol-1	412	348	612	436

（1）計(jì)算△H₁=124kJ•mol^-1
（2）模擬方法 I制丙烯，在體積可變的反應(yīng)器中，恒溫，維持體系總壓強(qiáng)恒定為0.1MPa，加入1mol C₃H₈（g）時(shí)體積為50L，再加入8.5mol水蒸汽作為稀釋劑，反應(yīng)t分鐘達(dá)到平衡，測得丙烷0.5mol，已知：分壓=物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓強(qiáng)．
①計(jì)算該溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=0.005MPa（K_P）或0.001（K_C）．
②常壓下，溫度為600K～1000K，水烴比M=10（水烴比是指投料中水蒸汽和丙烷的物質(zhì)的量之比）時(shí)丙烷脫氫平衡轉(zhuǎn)化率與溫度變化的曲線如圖1，在圖1中畫出水烴比M=8時(shí)的曲線．
（3）模擬方法 II制丙烯，在恒溫恒容條件下充入物質(zhì)的量之比為1：1的丙烷和二氧化碳?xì)怏w，一段時(shí)間后達(dá)到平衡，則下列可以判斷容器內(nèi)反應(yīng)體系達(dá)到平衡的是AB．
A．v_正（C₃H₈）=v_逆（C₃H₆）    B．平均相對分子質(zhì)量不再變化
C．氣體密度不再變化               D．丙烷和二氧化碳的物質(zhì)的量比值不再變化
（4）在相同條件下模擬方法 I與方法 II，測得丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示，圖2中方法 II對應(yīng)的曲線是M（填“M”或“N”），從化學(xué)平衡的角度解釋丙烷平衡轉(zhuǎn)化率M高于N的原因方法 II 可看成是發(fā)生反應(yīng)①和反應(yīng)③，由于反應(yīng)③會消耗氫氣，使得反應(yīng)①的化學(xué)平衡向右移動．

（5）恒溫，密閉容器中投入丙烷發(fā)生反應(yīng)①，某壓強(qiáng)下反應(yīng)t時(shí)刻后測得丙烷的轉(zhuǎn)化率，然后保持其它初始實(shí)驗(yàn)條件不變，分別在不同壓強(qiáng)下，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過相同時(shí)間測得丙烷的轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)變化趨勢圖可能圖3中的是ACD．

Answer 1

分析 （1）焓變等于反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①恒溫恒壓條件下，體積與物質(zhì)的量成正比，加入1mol C₃H₈（g）時(shí)體積為50L，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)丙烷0.5mol，則參加反應(yīng)的n（C₃H₈）=n（C₃H₆）=n（H₂）=1mol-0.5mol=0.5mol，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量=（0.5mol+0.5mol+0.5mol+8.5mol）=10mol，平衡狀態(tài)時(shí)容器體積=$\frac{10mol}{1mol}×$50L=500L，則平衡時(shí)c（C₃H₈）=c（C₃H₆）=c（H₂）=$\frac{0.5mol}{500L}$=0.001mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)Kc=$\frac{c（{C}_{3}{H}_{6}）．c（{H}_{2}）}{c（{C}_{3}{H}_{8}）}$；
平衡時(shí)P（C₃H₈）=P（C₃H₆）=P（H₂）=$\frac{0.5mol}{10mol}$×0.1MPa=0.005MPa，
化學(xué)平衡常數(shù)Kp=$\frac{P（{C}_{3}{H}_{6}）．P（{H}_{2}）}{P（{C}_{3}{H}_{8}）}$；
②根據(jù)圖知，升高溫度丙烷脫氫率增大，說明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，水烴比減小，丙烷的脫氫率減小，升高溫度平衡正向移動；
（3）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量都不變；
（4）反應(yīng)①+反應(yīng)③得到反應(yīng)②，生成物濃度降低平衡正向移動；
（5）該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，在沒有達(dá)到平衡之前，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，達(dá)到平衡狀態(tài)后增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，丙烷的轉(zhuǎn)化率降低．

解答 解：（1）焓變等于反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=8×412kJ/mol+2×348kJ/mol-6×312kJ/mol-348kJ/mol-612kJ/mol-436kJ/mol=124kJ/mol，
故答案為：+124；
（2）①恒溫恒壓條件下，體積與物質(zhì)的量成正比，加入1mol C₃H₈（g）時(shí)體積為50L，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)丙烷0.5mol，則參加反應(yīng)的n（C₃H₈）=n（C₃H₆）=n（H₂）=1mol-0.5mol=0.5mol，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量=（0.5mol+0.5mol+0.5mol+8.5mol）=10mol，平衡狀態(tài)時(shí)容器體積=$\frac{10mol}{1mol}×$50L=500L，則平衡時(shí)c（C₃H₈）=c（C₃H₆）=c（H₂）=$\frac{0.5mol}{500L}$=0.001mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)Kc=$\frac{c（{C}_{3}{H}_{6}）．c（{H}_{2}）}{c（{C}_{3}{H}_{8}）}$=$\frac{0.001×0.001}{0.001}$=0.001；
平衡時(shí)P（C₃H₈）=P（C₃H₆）=P（H₂）=$\frac{0.5mol}{10mol}$×0.1MPa=0.005MPa，
化學(xué)平衡常數(shù)Kp=$\frac{P（{C}_{3}{H}_{6}）．P（{H}_{2}）}{P（{C}_{3}{H}_{8}）}$=$\frac{0.005MPa×0.005MPa}{0.005MPa}$=0.005MPa，
故答案為：K_P=0.005MPa或K_C=0.001；
②根據(jù)圖知，升高溫度丙烷脫氫率增大，說明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，水烴比減小，丙烷的脫氫率減小，升高溫度平衡正向移動，丙烷脫氫率增大，所以其圖象為，
故答案為：；
（3）A．v_正（C₃H₈）=v_逆（C₃H₆）=v_逆（C₃H₈），正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確； B．反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量增大、總質(zhì)量不變，則反應(yīng)前后平均相對分子質(zhì)量減小，當(dāng)混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
C．反應(yīng)前后總質(zhì)量、容器體積都不變，則氣體密度始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
D．丙烷和二氧化碳的物質(zhì)的量比值始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選AB；
（4）方法 II 可看成是發(fā)生反應(yīng)①和反應(yīng)③，由于反應(yīng)③會消耗氫氣，使得反應(yīng)①的化學(xué)平衡向右移動，所以丙烷去除率增大，則M是方法 II對應(yīng)的曲線，
故答案為：M；方法 II 可看成是發(fā)生反應(yīng)①和反應(yīng)③，由于反應(yīng)③會消耗氫氣，使得反應(yīng)①的化學(xué)平衡向右移動；
（5）該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，在沒有達(dá)到平衡之前，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，達(dá)到平衡狀態(tài)后增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，丙烷的轉(zhuǎn)化率降低，所以符合的圖形有ACD，
故答案為：ACD．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及化學(xué)平衡移動影響因素，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷、計(jì)算能力，難點(diǎn)是化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算及（5）題分析，注意（5）題中曲線可能是平衡后增大壓強(qiáng)時(shí)變化曲線，或平衡前增大壓強(qiáng)變化曲線，題目難點(diǎn)中等．