Question

【題目】丙烯是重要的有機化工原料，主要用于生產聚丙烯、丙烯腈、環氧丙烷等．

Ⅰ．(1)以丁烯和乙烯為原料反應生成丙烯的方法被稱為“烯烴歧化法”,反應為: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”的反應的熱化學方程式為_____________________。

(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，發生烯烴歧化法的 主要反應。 t1 時刻達到平衡狀態，此時容器中 n(C4H8)=amol，n(C2H4)=2amol，n(C3H6)=b mol， 且 C3H6 占平衡總體積的 1/4。

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

②判斷該反應達到平衡的標志是______________

A．2v (C4H8) 生成=v (C3H6) 消耗

B．C4H8、C2H4、C3H6 的物質的量之比為 1:1:2

C．混合氣體的平均相對分子質量不再改變

D．C4H8、C2H4、C3H6 的濃度均不再變化

(3)Kp 是用反應體系中氣體物質的分壓來表示的平衡常數，即將 K 表達式中平衡濃度用平衡分壓代替。已知反應﹕C4H8（g）+C2H4（g）2C3H6（g）,該反應中正反應速率v 正=k 正·p(C4H8)·p(C2H4),逆反應速率 v 逆=k 逆·p2(C3H6),其中 k 正、k 逆 為速率常數,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法，但生產過程中會有生成乙烯的副反應發生.反應如下主反應：3C4H84C3H6；副反應：C4H82C2H4

測得上述兩反應的平衡體系中，各組分的質量分數（w%）隨溫度（T）和壓強（P）變化的趨 勢分別如圖 1 和圖 2 所示：

(1)平衡體系中的丙烯和乙烯的質量比是工業生產丙烯時選擇反應條件的重要指標之一，從產物的純度考慮，該數值越高越好，從圖 1 和圖 2 中表現的趨勢來看，下列反應條件最適宜的是_____（填字母序號）．

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

(2)有研究者結合圖 1 數據并綜合考慮各種因素，認為 450℃的反應溫度比 300℃或 700℃更合適， 從反應原理角度分析其理由可能是________________．

(3)圖2中，隨壓強增大平衡體系中丙烯的百分含量呈上升趨勢，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 的反應速率快；比 700oC 的副反應程度��；丁烯轉化成丙烯的轉化率高；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 壓強增大，生成乙烯的副反應平衡逆向移動，丁烯濃度增大，導致主反應的平衡正向移動，丙烯含量增大。

【解析】

Ⅰ．（1）根據蓋斯定律進行計算；

（2）根據速率的計算公式以及可逆反應達到平衡狀態的標志進行判斷；

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

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

（2）450℃比300℃的反應速率快；比700℃的副反應程度��；丁烯轉化成丙烯的轉化率高；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：3C4H84C3H6；副反應：C4H82C2H4可知，壓強越大，生成乙烯的副反應平衡逆向移動，丁烯濃度增大，導致主反應的平衡正向移動，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)

平衡時物質的量 amol 2amol bmol

達到平衡狀態，C3H6占平衡總體積的1/4，則b/a+2a+b=1/4，解得：a=b

該時間段內的反應速率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速率，不能說明正逆反應速率相等，故A錯誤；

B.C4H8、C2H4、C3H6的物質的量之比等于系數比，不能說明達到平衡狀態，故B錯誤；

C.混合氣體的平均相對分子質量M=m/n，該反應是一個反應前后物質的量不變的反應，反應前后質量不變，故混合氣體的平均相對分子質量始終改變，不能說明達到平衡狀態，故C錯誤；

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)，又正反應速率v正=k正·p(C4H8)·p(C2H4)，逆反應速率v逆=k逆·p2(C3H6)，平衡時v正=v逆，所以KP=k正/k逆，故答案為：k正/k逆。

Ⅱ．（1）根據圖像1，在溫度為300℃時丙烯的含量很高，乙烯的含量很小，即m（C3H6）/m（C2H4）的比值較大；根據圖像2，壓強在0.5MPa時丙烯的含量很高，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℃的反應溫度比300℃或700℃更合適的可能的原因有：450℃比300℃的反應速率快；比700℃的副反應程度小；丁烯轉化成丙烯的轉化率高；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℃的反應速率快；比700℃的副反應程度��；丁烯轉化成丙烯的轉化率高；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：3C4H84C3H6；副反應：C4H82C2H4可知，壓強越大，生成乙烯的副反應平衡逆向移動，丁烯濃度增大，導致主反應的平衡正向移動，丙烯含量增大，故答案為：生成乙烯的副反應平衡逆向移動，丁烯濃度增大，導致主反應的平衡正向移動，丙烯含量增大。