Question

【題目】丙烯是重要的有機化工原料，工業上丙烷脫氫制丙烯的反應如下：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) △H1

(1)一定溫度下，向 10 L 恒容密閉容器中充入 2 mol C3H8 發生反應，經過 10 min達到平衡狀態，測得平衡時氣體壓強是開始的 1.75 倍。

① 0 ～ 10 min 內丙烯的生成速率 v(C3H6) =________， C3H8 的平衡轉化率為______。

②下列情況能說明該反應達到平衡狀態的是___________。

A．氣體密度保持不變 B．[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)保持不變

C．裝置內總壓器保持不變 D．C3H8 分解速率與 C3H6 生成速率相等

(2)總壓強分別為 p1 和 p2 時，上述反應在不同溫度下達到平衡，測得丙烷及丙烯的物質的量分數如下圖所示：

① 壓強：p1 __ p2 ； △H1_____0 (填“>”或“<”)，該反應自發進行的條件是_______(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)

②若p1=0.1 MPa，起始時充入一定量的丙烷發生反應，計算 Q 點對應溫度下該反應的平衡常數Kp =___(用平衡分壓代替平衡濃度計算，某氣體分壓=總壓×某氣體物質的量分數)

③在恒溫恒壓條件下，向容器中通入丙烷和稀有氣體的混合氣體，發生丙烷脫氫反應，發現混合氣體中稀有氣體所占比例越多，丙烷脫氫轉化率逐漸增大。試解釋原因____________。

(3)在實際生產中，還可能存在如下副反應：

C3H8(g) C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) △H3

C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

則△H3 =_____。

Answer 1

【答案】0.015mol·L-1·min-1 75% BC > > 高溫 0.0125MPa 該反應是氣體分子數增加的反應，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應體系各氣體的分壓，相當于減壓，從而促進反應向正反應方向進行，提高了丙烷脫氫的轉化率 -136.5 kJ/mol

【解析】

（1）①令消耗C3H8的物質的量為xmol，C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始：2 0 0

變化：x x x

平衡：2－x x x 利用壓強之比等于物質的量之比，得出，x=1.5mol，根據化學反應速率的數學表達式，v(C3H6)=mol/(L·min)=0.015 mol/(L·min)；C3H8的轉化率為=75%；

②A、根據，C3H8、C3H6、H2都是氣體，即氣體質量保持不變，容器為恒容，V保持不變，密度不變，不能說明反應達到平衡，故A不符合題意；

B、Qc=[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)，K=[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)，當Qc=K時反應達到平衡，即隨著反應進行該比值不再改變，說明反應達到平衡，故B符合題意；

C、反應前后氣體系數之和不相等，利用壓強之比等于物質的量之比，因此當壓強不再改變，說明反應達到平衡，故C符合題意；

D、分解C3H8，生成C3H6，反應都是向正反應方向進行，因此C3H8分解速率與C3H6生成速率相等，不能說明反應達到平衡，故D不符合題意；

（2）①根據圖像，作等溫線，增大壓強，平衡向逆反應方向進行，C3H8的物質的量增大，物質的量分數增大，即p1>p2；根據圖像，隨著溫度升高，C3H8物質的量分數降低，升高溫度，平衡向正反應方向進行，即△H1>0；根據符合判據△G=△H-T△S，△H>0，根據方程式，該反應為熵增，即△S>0，能夠自發進行，△G<0，即需要在高溫下；

②假設起始時丙烷的物質的量為1mol，根據方程式可知：
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 y y

Q點：丙烷的物質的量分數為50%，則1-y=0.5(1+y)，解得y=1/3，則C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g) 平衡時的物質的量分數分別為：1/2、1/4、1/4，

則Q 點對應溫度下該反應的平衡常數 Kp ===0.0125MPa，

③由反應方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知，該反應是氣體分子數增加的反應，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應體系各氣體的分壓，相當于減壓，從而促進反應向正反應方向進行，提高了丙烷脫氫的轉化率；

（3）①C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

②C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) △H3

③C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

根據蓋斯定律，③-①=②，則△H3=△H4-△H2 =-54.8 kJ/mol-81.7 kJ/mol=-136.5 kJ/mol。