Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)反應(yīng)Ⅰ： △H1 平衡常數(shù)為K1

反應(yīng)Ⅱ： △H2 平衡常數(shù)為K2

不同溫度下，K1、K2的值如下表：

	K1	K2
973	1.47	2.38
1173	2.15	1.67

現(xiàn)有反應(yīng)Ⅲ：，結(jié)合上表數(shù)據(jù)，反應(yīng)Ⅲ是________（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)。

(2)催化加氫合成二甲醚是一種轉(zhuǎn)化方法，其過(guò)程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅲ： △H3

反應(yīng)Ⅳ： △H=-122.5kJ/mol

在恒壓、和的起始量一定的條件下，平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)的選擇性隨溫度的變化如圖。

其中：的選擇性

①溫度高于300℃，平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是________。

②220℃時(shí)，在催化劑作用下與反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得的選擇性為48%（圖中點(diǎn)）。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高選擇性的措施有________。

(3)石油化工生產(chǎn)中，利用裂解反應(yīng)可以獲得重要化工原料乙烯、丙烯。一定條件下，正丁烷裂解的主反應(yīng)如下：

反應(yīng)Ⅴ：

反應(yīng)Ⅵ：

一定溫度下，向容積為的密閉容器中通入正丁烷，反應(yīng)時(shí)間與容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)數(shù)據(jù)如下：

	0	10	20	30	40
	5	7.2	8.4	8.8	8.8

①反應(yīng)速率可以用單位時(shí)間內(nèi)分壓的變化表示，即v=，前內(nèi)正丁烷的平均反應(yīng)速率v（正丁烷）________，該溫度下，正丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率________。

②若平衡時(shí)乙烯的體積分?jǐn)?shù)為，則該溫度下反應(yīng)Ⅴ的分壓平衡常數(shù)Kp=________MPa（保留一位小數(shù)）。

③若反應(yīng)在恒溫、恒壓條件下進(jìn)行，平衡后反應(yīng)容器的體積________（填“大于”“小于”或“等于”）。

Answer 1

【答案】吸熱 反應(yīng)Ⅲ的△H>0，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率上升，反應(yīng)Ⅳ的，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率下降：且上升幅度超過(guò)下降幅度 增大壓強(qiáng)、使用對(duì)反應(yīng)Ⅳ催化活性更高的催化劑 0.17 76% 2.1 大于

【解析】

判斷反應(yīng)Ⅲ：的△H時(shí)，需利用反應(yīng)Ⅰ與反應(yīng)Ⅱ，建立平衡常數(shù)與K1、K2的關(guān)系，然后分別代入973K和1173K兩組數(shù)據(jù)，得出兩個(gè)溫度下的K，比較確定K隨溫度的變化，便可確定△H與0的關(guān)系。溫度高于300℃，平衡轉(zhuǎn)化率受反應(yīng)Ⅲ和反應(yīng)Ⅳ的影響，兩個(gè)反應(yīng)進(jìn)行綜合分析，便可得出平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因；分析兩個(gè)反應(yīng)前后的氣體分子數(shù)關(guān)系，由此確定一定能提高選擇性的措施；利用三段式，可求出內(nèi)及平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓，從而求出速率、轉(zhuǎn)化率及分壓平衡常數(shù)；由體積不變轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)不變時(shí)，需關(guān)注平衡的移動(dòng)情況。

(1) 反應(yīng)Ⅲ：，則K==，由表中數(shù)據(jù)可以看出，973K時(shí)，K<1，1173K時(shí)，K>1，溫度升高，K值增大，則反應(yīng)Ⅲ是吸熱反應(yīng)。答案為：吸熱；

(2)①反應(yīng)Ⅲ： △H3<0，

反應(yīng)Ⅳ： △H=-122.5kJ/mol

升高溫度，反應(yīng)Ⅲ平衡正向移動(dòng)，平衡轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)Ⅳ平衡逆向移動(dòng)，平衡轉(zhuǎn)化率減小，最終結(jié)果是平衡轉(zhuǎn)化率增大，則表明反應(yīng)Ⅲ對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響占主導(dǎo)地位，從而得出溫度高于300℃，平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是反應(yīng)Ⅲ的△H>0，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率上升，反應(yīng)Ⅳ的，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率下降：且上升幅度超過(guò)下降幅度。答案為：反應(yīng)Ⅲ的△H>0，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率上升，反應(yīng)Ⅳ的，溫度升高使轉(zhuǎn)化為的平衡轉(zhuǎn)化率下降：且上升幅度超過(guò)下降幅度；

②反應(yīng)Ⅲ的反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，而反應(yīng)后氣體的分子數(shù)減小，要想提高選擇性，即設(shè)法促進(jìn)反應(yīng)Ⅳ的平衡正向移動(dòng)，從而得出不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高選擇性的措施有增大壓強(qiáng)、使用對(duì)反應(yīng)Ⅳ催化活性更高的催化劑。答案為：增大壓強(qiáng)、使用對(duì)反應(yīng)Ⅳ催化活性更高的催化劑；

(3)①前時(shí)，混合氣的總壓強(qiáng)為8.4MPa，設(shè)正丁烷的變化量為x，則三段式為：

5MPa-x+x+x=8.4MPa，x=3.4MPa，前內(nèi)正丁烷的平均反應(yīng)速率v（正丁烷） 0.17。

平衡時(shí)，混合氣的總壓強(qiáng)為8.8MPa，設(shè)正丁烷的變化量為y，則三段式為：

5MPa-y+y+y=8.8MPa，y=3.8MPa，該溫度下，正丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率=76%。答案為：0.17；76%；

②若平衡時(shí)乙烯的體積分?jǐn)?shù)為，則平衡時(shí)p(C2H4)= p(C2H6)=8.8MPa×=2.2MPa，發(fā)生反應(yīng)后，壓強(qiáng)由5MPa變?yōu)?/span>8.8MPa，壓強(qiáng)增大3.8MPa，發(fā)生反應(yīng)Ⅵ，壓強(qiáng)增大2.2MPa，則發(fā)生反應(yīng)Ⅴ，壓強(qiáng)增大3.8MPa-2.2MPa=1.6MPa，從而得出平衡時(shí)p(CH4)= p(C3H6)= 1.6MPa，p(C4H10)= 5MPa-3.8MPa=1.2MPa，該溫度下反應(yīng)Ⅴ的分壓平衡常數(shù)Kp== 2.1MPa。答案為：2.1；

③反應(yīng)在恒溫、恒壓條件下進(jìn)行，若平衡不移動(dòng)，則平衡后反應(yīng)容器的體積為8.8L，現(xiàn)減壓導(dǎo)致平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，氣體的壓強(qiáng)增大，所以還需增大容器的體積，以保證壓強(qiáng)不變，從而得出平衡后反應(yīng)容器的體積大于。答案為：大于。