Question

【題目】乙烯是用途最廣泛的基本有機(jī)原料，可用于生產(chǎn)塑料、合成橡膠等產(chǎn)品。工業(yè)上可用乙烷、二氧化碳、甲醇、乙醇等為原料制乙烯。請回答下列相關(guān)問題。

（1）已知H2、C2H4、C2H6的燃燒熱依次是286kJ／mol、1411kJ／mol、1560kJ／mol，乙烷熱裂解制乙烯的熱化學(xué)方程式是，則=_______________。

（2）工業(yè)上用乙烷熱裂解制乙烯時(shí)，通常會在保持起始壓強(qiáng)不變的情況下用水蒸氣對乙烷稀釋以提高平衡轉(zhuǎn)化率，其原理是______________________________________________。

向溫度為1015K、體積為5L的剛性容器中充入0.03mol水蒸氣和0.06mol乙烷，起始壓強(qiáng)為0.15MPa，30s后體系達(dá)到平衡，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為60％，則建立平衡的過程中平均反應(yīng)速率v(H2)=______________mol／(L·s)，的平衡常數(shù)KP=_______________MPa。

（3）二氧化碳的資源化是目前的熱門研究領(lǐng)域，在催化劑的作用下二氧化碳可以和氫氣發(fā)生反應(yīng)生成甲烷和低級烯烴CnH2n(n=2～4)。其它條件一定時(shí)，反應(yīng)溫度對CO2轉(zhuǎn)化率、CH4選擇性、CnH2n選擇性的影響如下圖所示，從生產(chǎn)低級烯烴的角度考慮，最合適的反應(yīng)溫度是___________。資料顯示原料氣中時(shí)，隨著的增大，低級烯烴的選擇性會逐漸降低，但氫氣的總轉(zhuǎn)化率不發(fā)生明顯變化，原因可能是_____________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】 用水蒸氣對原料氣進(jìn)行稀釋相當(dāng)于減壓，熱裂解反應(yīng)平衡正向移動，平衡轉(zhuǎn)化率增大（答案合理即可） 0.09 240℃ 低級烯烴與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成烷烴

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律計(jì)算可得；

（2）熱裂解反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，用水蒸氣對原料氣進(jìn)行稀釋相當(dāng)于減壓；依據(jù)速率公式和分壓平衡常數(shù)計(jì)算可得；

（3）由圖可知，240℃時(shí)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率和低級烯烴選擇性最高，甲烷選擇性最低；時(shí)，隨著的增大，低級烯烴的選擇性逐漸降低，說明生成的烯烴比例減少，氫氣的總轉(zhuǎn)化率不發(fā)生明顯變化說明氫氣發(fā)生了其它反應(yīng)，可能是烯烴與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成了烷烴。

（1）根據(jù)的燃燒熱可得如下熱化學(xué)方程式：

①

②

③

根據(jù)蓋斯定律，③—①—②可得乙烷熱裂解制乙烯的熱化學(xué)方程式是，則，故答案為：；

（2）熱裂解反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，用水蒸氣對原料氣進(jìn)行稀釋相當(dāng)于減壓，熱裂解反應(yīng)平衡正向移動，因此平衡轉(zhuǎn)化率增大；由化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比可得

；容器中起始總物質(zhì)的量為，壓強(qiáng)為，根據(jù)題中數(shù)據(jù)可知，平衡時(shí)乙烷、乙烯、氫氣的物質(zhì)的量依次為0.06mol—0.06mol×60%=0.024mol，0.06mol×60%=0.036mol，0.06mol×60%=0.036mol，此時(shí)容器中總物質(zhì)的量為(0.024mol+0.036mol+0.036mol+0.03mol)=0.126mol，由可得平衡時(shí)壓強(qiáng)為，則乙烷、乙烯、氫氣的平衡分壓依次為，，故答案為：0.09；

（3）由圖可知，240℃時(shí)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率和低級烯烴選擇性最高，甲烷選擇性最低，因此應(yīng)選擇240℃；時(shí)，隨著的增大，低級烯烴的選擇性逐漸降低，說明生成的烯烴比例減少，氫氣的總轉(zhuǎn)化率不發(fā)生明顯變化說明氫氣發(fā)生了其它反應(yīng)，可能是烯烴與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成了烷烴，故答案為：240℃；低級烯烴與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成烷烴。