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）△H1
已知：②C4H10（g）+ O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）△H2=﹣119kJmol﹣1
③H2（g）+ O2（g）=H2O（g）△H3 =﹣242kJmol﹣1
反應①的△H1為 kJmol﹣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）+123；小于；AD
（2）原料中過量H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯產率下降
（3）升高溫度時，反應速率加快，單位時間內產生丁烯更多；590℃前升高溫度，反應①平衡正向移動；高溫則有更多的丁烷裂解生成副產物導致產率降低
【解析】解：（1）②C4H10（g）+ O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）△H2=﹣119kJmol﹣1
③H2（g）+ O2（g）=H2O（g）△H3=﹣242kJmol﹣1
②﹣③得C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）△H1=+123kJmol﹣1
由a圖可知溫度相同時，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷轉化率增大，即平衡正向移動，該反應是氣體體積增大的反應，所以x的壓強更小，x＜0.1；
由于反應①為吸熱反應，溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產率增大，反應①正向進行時體積增大，減壓時平衡正向移動，丁烯的平衡產率增大，因此AD正確，
故答案為：+123；小于；AD；（2）丁烷分解產生丁烯和氫氣，一開始充入氫氣是為活化催化劑，同時氫氣作為反應①的產物，增大氫氣的量會促使平衡逆向移動，從而減少平衡體系中的丁烯的含量，使丁烯的產率降低，
故答案為：原料中過量H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯產率下降；（3）590℃之前，溫度升高時反應速率加快，單位時間內生成的丁烯會更多，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，產率下降，
故答案為：升高溫度時，反應速率加快，單位時間產生丁烯更多；590℃前升高溫度，反應①平衡正向移動；高溫則有更多的丁烷裂解生成副產物導致產率降低．
（1）根據蓋斯定律，②式﹣③式可得①式的△H1；
由a圖定溫度，壓強由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉化率增大，即平衡正向移動，結合反應前后氣體體積的變化分析x；
要使丁烯的平衡產率增大，需通過改變溫度和壓強使平衡正向移動；（2）丁烷分解產生丁烯和氫氣，增加氫氣的量會促使平衡逆向移動，丁烯的產率下降；（3）升溫速率加快，單位時間內生成丁烯更多，升溫反應①平衡正向移動，丁烯產率增加；
由題中信息可知丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以當溫度超過590℃時，部分丁烷裂解導致產率降低．