Question

【題目】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(wèn)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-1③H2(g) + O2(g)= H2O(g) ΔH3=－242kJ·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(hào))。

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(guò)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(shì)，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(lèi)化合物。590 ℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因是_____________。

Answer 1

【答案】+123 小于 AD 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，故丁烯產(chǎn)率下降 丁烯高溫裂解生成短鏈烴類(lèi)

【解析】

本題考查的是用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素。

①根據(jù)蓋斯定律，②式-③式可得①式的△H1；

②由圖（a）定溫度，壓強(qiáng)由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移動(dòng)，結(jié)合反應(yīng)前后氣體體積的變化分析x；

③要使丁烯的平衡產(chǎn)率增大，需通過(guò)改變溫度和壓強(qiáng)使平衡正向移動(dòng)；丁烷分解產(chǎn)生丁烯和氫氣，增加氫氣的量會(huì)促使平衡逆向移動(dòng)，丁烯的產(chǎn)率下降；由題中信息可知丁烷高溫會(huì)裂解生成短鏈烴類(lèi)，所以當(dāng)溫度超過(guò)590℃時(shí)，部分丁烷裂解導(dǎo)致產(chǎn)率降低。

（1）②C4H10(g)+1/2O2(g)=C4H8(g)+H2O(g)△H2=119kJmol1

③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H3=242kJmol1

②③得C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)△H1=+123kJmol1；

由圖(a)可知溫度相同時(shí)，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，所以x的壓強(qiáng)更小，x<0.1； 由于反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)，平衡正向移動(dòng)，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，反應(yīng)①正向進(jìn)行時(shí)體積增大，減壓時(shí)平衡正向移動(dòng)，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此AD正確。本小題答案為：+123；小于；AD。

（2）丁烷分解產(chǎn)生丁烯和氫氣，一開(kāi)始充入氫氣是活化催化劑，同時(shí)氫氣作為反應(yīng)①的產(chǎn)物，增大氫氣的量會(huì)促使平衡逆向移動(dòng)，從而減少平衡體系中的丁烯的含量，使丁烯的產(chǎn)率降低。本小題答案為：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，故丁烯產(chǎn)率下降。

（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(lèi)化合物。溫度超過(guò)590℃時(shí)，由于丁烷高溫會(huì)裂解生成短鏈烴類(lèi)，所以參加反應(yīng)①的丁烷也就相應(yīng)減少，產(chǎn)率下降。本小題答案為：丁烯高溫裂解生成短鏈烴類(lèi)。