Question

【題目】（14分）丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題：
（1）正丁烷（C4H10）脫氫制1-丁烯（C4H8）的熱化學方程式如下： ①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知：②C4H10(g)+ O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3-242kJ·mol-1
反應①的ΔH1為 kJ·mol-1。圖（a）是反應①平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡產率提高，應采取的措施是（填標號）。
A.升高溫度 B.降低溫度 C.增大壓強 D.降低壓強

（2）丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器（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）為丁烯產率與進料氣中n（氫氣）/n（丁烷）的關系。圖中曲線呈現先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是。
（3）圖（c）為反應產率和反應溫度的關系曲線，副產物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產率在590℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是、；590℃之后，丁烯產率快速降低的主要原因可能是。

Answer 1

【答案】
（1）+43Kj/mol；＜；AD
（2）原料中過量H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯轉化率下降
（3）590℃前升高溫度，反應①平衡正向移動；升高溫度時反應速率加快，單位時間產生丁烯更多；更高溫度則有更多的C4H10裂解，導致產率降低
【解析】（1）根據蓋斯定律，用②式-③式可得①式，因此△H1=△H2-△H3=-199 kj/mol +242 kj/mol =+43kj/mol。由a圖可以看出，溫度相同時，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉化率增大，即平衡正向移動，所以x的壓強更小，x<0.1。由于反應①為吸熱反應，所以溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產率增大，因此A正確、B錯誤。反應①正向進行時體積增大，加壓時平衡逆向移動，丁烯的平衡產率減小，因此C錯誤，D正確。正確答案：+43kj/mol、小于、AD。（2）一方面H2可以活化催化劑，同時作為反應①的產物，他也會促使平衡逆向移動，從而減少平衡體系中的丁烯的含量。正確答案：原料中過量H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯轉化率下降。（3）590℃之前，溫度升高時反應速率加快，生成的丁烯會更多，同時由于反應①是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡體系中會含有更多的丁烯。而溫度超過590℃時，由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以參加反應①的丁烷也就相應減少。正確答案：590℃前升高溫度，反應①平衡正向移動、 升高溫度時，反應速率加快，單位時間產生丁烯更多、 更高溫度則有更多的C4H10裂解導致產率降低。