Question

【題目】丙烷脫氫是工業(yè)生產(chǎn)丙烯的重要途徑，其熱化學(xué)方程式為：C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH。請回答下列相關(guān)問題。

(1)下表為部分鍵能數(shù)據(jù)，據(jù)此可算出△H=_________kJ/mol。

化學(xué)鍵	C—C	C=C	C—H	H—H
鍵能（kJ/mol）	332	611	414	436

(2)一定溫度下，向2L的密閉容器中充入2molC3H8發(fā)生脫氫反應(yīng)，經(jīng)過10min達(dá)到平衡狀態(tài)，測得平衡時氣體壓強(qiáng)是開始的1.4倍。

①0～10 min內(nèi)氫氣的生成速率v(H2)=__________，C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率為_________。

②下列情況能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________。

A.混合氣體的平均分子量保持不變

B. C3H6與H2的物質(zhì)的量之比保持不變

C.混合氣體的密度保持不變

D. C3H8的分解速率與C3H6的消耗速率相等

（3）脫氫反應(yīng)分別在壓強(qiáng)為p1和p2時發(fā)生，丙烷及丙烯的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化如圖所示。

①壓強(qiáng)：p1______p2(填“>”或“<”)。

②為了同時提高反應(yīng)速率和反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是__________。

③若p1=0.1 MPa，起始時充入丙烷發(fā)生反應(yīng)，則Q點(diǎn)對應(yīng)溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp_____(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

④在恒溫、恒壓的密閉容器中充入丙烷和氬氣發(fā)生脫氫反應(yīng)，起始n(氬氣)/n(丙烷)越大，丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率越大，其原因是___________________。

Answer 1

【答案】+113 0.04 mol／(L·min) 40% AD ＞ 升高溫度 0.0125MPa（單位可不帶） 恒壓條件下，增大氬氣的比例，相當(dāng)于減壓，從而使平衡正向移動，提高了丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能列式計算；

(2)一定溫度下，向2L的密閉容器中充入2molC3H8發(fā)生脫氧反應(yīng)，經(jīng)過10min達(dá)到平衡狀態(tài)，測得平衡時氣體壓強(qiáng)是開始的1.4倍，則反應(yīng)后氣體總物質(zhì)的量=×2mol =2.8mol。然后根據(jù)三段式列式計算出反應(yīng)過程中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量和平衡量，再分析解答；

(3)①根據(jù)圖像和反應(yīng)的方程式可知，隨溫度升高，丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增加，丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減少，說明升溫平衡正向進(jìn)行；溫度一定時，p2壓強(qiáng)下丙烯物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大于p1狀態(tài)，據(jù)此分析解答；

②根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的方法分析判斷；

③根據(jù)圖像可知，丙烷在Q點(diǎn)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為50%，根據(jù)三段式列式計算出反應(yīng)過程中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量和平衡量，平衡常數(shù)Kp═計算；

④該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，隨著氬氣比例的增加，降低了反應(yīng)體系各氣體的分壓，相當(dāng)于減壓，結(jié)合平衡移動的方向分析解答。

(1)反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=(2×332+8×414)-(6×414+332+611+436) kJ/mol =+113 kJ/mol，故答案為：+113；

(2)一定溫度下，向2L的密閉容器中充入2molC3H8發(fā)生脫氧反應(yīng)，經(jīng)過10min達(dá)到平衡狀態(tài)，測得平衡時氣體壓強(qiáng)是開始的1.4倍，則反應(yīng)后氣體總物質(zhì)的量=×2mol =2.8mol。

①設(shè)生成的丙烯物質(zhì)的量為xmol，

可逆反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

開始(mol) 2 0 0

反應(yīng)(mol) x x x

平衡(mol) 2-x x x

反應(yīng)后氣體總物質(zhì)的量=(2-x+x+x)mol=2.8mol，x=0.8，0～10min內(nèi)氫氣的生成速率v(H2)===0.04mol/(L·min)；C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=×100%=40%，故答案為：0.04mol/(L·min)；40%；

②A. 反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，氣體的物質(zhì)的量逐漸增大，因此混合氣體的平均分子量是一個變量，當(dāng)混合氣體的平均分子量保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；

B. 根據(jù)方程式C3H6與H2的物質(zhì)的量之比始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；

C．反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變、容器體積不變，則氣體密度始終保持不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故C錯誤；

D．C3H8分解速率與C3H6消耗速率相等，C3H6也等于的生成速率，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

答案選AD；

(3)①根據(jù)圖像，隨溫度升高，丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增加，丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減少，說明升溫平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的△H＞0；C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，溫度一定時，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，p2壓強(qiáng)下丙烯物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大于p1狀態(tài)，說明p1＞p2，平衡正向進(jìn)行，故答案為：＞；

②增大化學(xué)反應(yīng)速率的方法有：增大濃度、升高溫度、加入催化劑、增大壓強(qiáng)等，增大轉(zhuǎn)化率的方法有：減小壓強(qiáng)、升高溫度、減小生成物濃度等，所以要增大反應(yīng)速率和增大轉(zhuǎn)化率需要改變的條件是升高溫度，故答案為：升高溫度；

③設(shè)丙烷物質(zhì)的量為1mol，消耗物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)圖像可知，丙烷在Q點(diǎn)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為50%，

C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始量(mol) 1 0 0

變化量(mol) y y y

平衡量(mol) 1-y yy

=50%，y=，總物質(zhì)的量=1+y=mol，平衡常數(shù)Kp═=0.0125MPa，故答案為：0.0125MPa；

④該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，隨著氬氣比例的增加，降低了反應(yīng)體系各氣體的分壓，相當(dāng)于減壓，減小壓強(qiáng)，平衡向氣體體積增大的方向移動，從而提高丙烷脫氫轉(zhuǎn)化率，故答案為：恒壓條件下，增大氬氣的比例，相當(dāng)于減壓，從而使平衡正向移動，提高了丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率。