Question

【題目】丙烯是重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚丙烯、丙烯腈、環(huán)氧丙烷等．

Ⅰ．(1)以丁烯和乙烯為原料反應(yīng)生成丙烯的方法被稱為“烯烴歧化法”,反應(yīng)為:C4H8（g）+C2H4（g）2C3H6（g）。已知：

①C2H4（g）+3O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H 1=－1411KJmol－1

②C3H6（g）+O2（g）═3CO2（g）+3H2O（l）△H 2=－2049KJmol－1

③C4H8（g）+6O2（g）═4CO2（g）+4H2O（l）△H 3=－2539KJmol－1

“烯烴歧化法”的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_____________________。

(2)一定溫度下，在一體積恒為 V 升的密閉容器中充入一定量的 C4H8 和 C2H4，發(fā)生烯烴歧化法的 主要反應(yīng)。 t1 時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容器中 n(C4H8)=amol，n(C2H4)=2amol，n(C3H6)=b mol， 且 C3H6 占平衡總體積的 1/4。

①求該時(shí)間段內(nèi)的反應(yīng)速率 v（C4H8）=_____________。 (用只含 a、V、t1 的式子表示)

②判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是______________

A．2v (C4H8) 生成=v (C3H6) 消耗

B．C4H8、C2H4、C3H6 的物質(zhì)的量之比為 1:1:2

C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變

D．C4H8、C2H4、C3H6 的濃度均不再變化

(3)Kp 是用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)的分壓來表示的平衡常數(shù)，即將 K 表達(dá)式中平衡濃度用平衡分壓代替。已知反應(yīng)﹕C4H8（g）+C2H4（g）2C3H6（g）,該反應(yīng)中正反應(yīng)速率v 正=k 正·p(C4H8)·p(C2H4),逆反應(yīng)速率 v 逆=k 逆·p2(C3H6),其中 k 正、k 逆 為速率常數(shù),則 Kp 為_________(用 k 正、k 逆表示)。

Ⅱ．“丁烯裂解法”是另一種重要的丙烯生產(chǎn)法，但生產(chǎn)過程中會(huì)有生成乙烯的副反應(yīng)發(fā)生.反應(yīng)如下主反應(yīng)：3C4H84C3H6；副反應(yīng)：C4H82C2H4

測(cè)得上述兩反應(yīng)的平衡體系中，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w%）隨溫度（T）和壓強(qiáng)（P）變化的趨 勢(shì)分別如圖 1 和圖 2 所示：

(1)平衡體系中的丙烯和乙烯的質(zhì)量比是工業(yè)生產(chǎn)丙烯時(shí)選擇反應(yīng)條件的重要指標(biāo)之一，從產(chǎn)物的純度考慮，該數(shù)值越高越好，從圖 1 和圖 2 中表現(xiàn)的趨勢(shì)來看，下列反應(yīng)條件最適宜的是_____（填字母序號(hào)）．

A．300oC 0.1MPa B．700oC 0.1MPa C．300oC 0.5MPa D．700oC 0.5MPa

(2)有研究者結(jié)合圖 1 數(shù)據(jù)并綜合考慮各種因素，認(rèn)為 450℃的反應(yīng)溫度比 300℃或 700℃更合適， 從反應(yīng)原理角度分析其理由可能是________________．

(3)圖2中，隨壓強(qiáng)增大平衡體系中丙烯的百分含量呈上升趨勢(shì)，從平衡角度解釋其原因是____________。

Answer 1

【答案】C4H8(g) + C2H4(g)== 2C3H6(g) ΔH= +148 kJ·mol1 a/（2V×t1）mol·L－1 ·min－1 D k 正/k 逆 C 450oC 比 300oC 的反應(yīng)速率快；比 700oC 的副反應(yīng)程度�。欢∠┺D(zhuǎn)化成丙烯的轉(zhuǎn)化率高；該溫度下催化劑的選擇性最高；該溫度是催化劑的活性溫度 壓強(qiáng)增大，生成乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，丁烯濃度增大，導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，丙烯含量增大。

【解析】

Ⅰ．（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

（2）根據(jù)速率的計(jì)算公式以及可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志進(jìn)行判斷；

（3）由Kp=p2(C3H6)/p(C4H8)p(C2H4)及v正=k正·p(C4H8)·p(C2H4)，逆=k逆·p2(C3H6)得出結(jié)果；

Ⅱ．（1）根據(jù)圖像1，在溫度為300℃時(shí)丙烯的含量很高，乙烯的含量很小，即m（C3H6）/m（C2H4）的比值較大；根據(jù)圖像2，壓強(qiáng)在0.5MPa時(shí)丙烯的含量很高，乙烯的含量很小，即m（C3H6）/m（C2H4）的比值較大；

（2）450℃比300℃的反應(yīng)速率快；比700℃的副反應(yīng)程度小；丁烯轉(zhuǎn)化成丙烯的轉(zhuǎn)化率高；該溫度下催化劑的選擇性最高；該溫度是催化劑的活性溫度；

（3）由主反應(yīng)：3C4H84C3H6；副反應(yīng)：C4H82C2H4可知，壓強(qiáng)越大，生成乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，丁烯濃度增大，導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，丙烯含量增大。

Ⅰ．（1）已知①C2H4（g）+3O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H1=－1411KJmol－1；②C3H6（g）+O2（g）═3CO2（g）+3H2O（l）△H2=－2049KJmol－1；③C4H8（g）+6O2（g）═4CO2（g）+4H2O（l）△H3=－2539KJmol－1；根據(jù)蓋斯定律將①+③-②×2可得C4H8（g）+C2H4（g）2C3H6（g） △H=（－1411）+（－2539）-（－2049）×2=+148kJ·mol1，故答案為：C4H8(g)+C2H4(g)=2C3H6(g) ΔH= +148kJ·mol1。

（2）① C4H8(g)+C2H4(g)=2C3H6(g)

平衡時(shí)物質(zhì)的量 amol 2amol bmol

達(dá)到平衡狀態(tài)，C3H6占平衡總體積的1/4，則b/a+2a+b=1/4，解得：a=b

該時(shí)間段內(nèi)的反應(yīng)速率v（C4H8）=1/2v（C3H6）=1/2Δc（C3H6）/Δt=1/2bmol/VL×t1min=b/（2V×t1）mol·L－1 ·min－1=a/（2V×t1）mol·L－1 ·min－1，故答案為：a/（2V×t1）mol·L－1 ·min－1。

②A.v(C4H8)生成、v(C3H6)消耗表示的都是逆反應(yīng)速率，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，故A錯(cuò)誤；

B.C4H8、C2H4、C3H6的物質(zhì)的量之比等于系數(shù)比，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；

C.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量M=m/n，該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，反應(yīng)前后質(zhì)量不變，故混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終改變，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；

D.C4H8、C2H4、C3H6 的濃度均不再變化是平衡的特征，故D正確。

故答案為：D。

（3）由C4H8（g）+C2H4（g）2C3H6（g）可知，Kp=p2(C3H64H8)p(C2H4)，又正反應(yīng)速率v正=k正·p(C4H8)·p(C2H4)，逆反應(yīng)速率v逆=k逆·p2(C3H6)，平衡時(shí)v正=v逆，所以KP=k正/k逆，故答案為：k正/k逆。

Ⅱ．（1）根據(jù)圖像1，在溫度為300℃時(shí)丙烯的含量很高，乙烯的含量很小，即m（C3H6）/m（C2H4）的比值較大；根據(jù)圖像2，壓強(qiáng)在0.5MPa時(shí)丙烯的含量很高，乙烯的含量很小，即m（C3H6）/m（C2H4）的比值較大，因此最適宜的條件為：300oC、0.5MPa，故C正確，故答案為：C。

（2）450℃的反應(yīng)溫度比300℃或700℃更合適的可能的原因有：450℃比300℃的反應(yīng)速率快；比700℃的副反應(yīng)程度小；丁烯轉(zhuǎn)化成丙烯的轉(zhuǎn)化率高；該溫度下催化劑的選擇性最高；該溫度是催化劑的活性溫度，故答案為：450℃比300℃的反應(yīng)速率快；比700℃的副反應(yīng)程度��；丁烯轉(zhuǎn)化成丙烯的轉(zhuǎn)化率高；該溫度下催化劑的選擇性最高；該溫度是催化劑的活性溫度。

（3）由主反應(yīng)：3C4H84C3H6；副反應(yīng)：C4H82C2H4可知，壓強(qiáng)越大，生成乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，丁烯濃度增大，導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，丙烯含量增大，故答案為：生成乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，丁烯濃度增大，導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，丙烯含量增大。