Question

【題目】丙烯是重要的有機化工原料，丙烷脫氫制丙烯具有顯著的經濟價值和社會意義。反應原理如下：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。

①0 ～ 10 min內丙烯的生成速率υ(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．△H1 保持不變 D．C3H8 分解速率與 C3H6 消耗速率相等

(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_____(填“>”或“<”)p2。

②為了提高反應速率和反應物的轉化率，可采取的措施是_____。

③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，分壓=總壓×物質的量分數)

④在 0.1 MPa、527℃條件下，向恒容密閉容器中通入丙烷和稀有氣體，發生丙烷脫氫反應，隨著的增加，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 或 0.015mol/(L·min) 75% B D > 升高溫度 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根據方程式可知：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) 列出三段式，利用已知條件求出轉化量和平衡量， 根據υ=求反應速率；根據轉化率=×100%，求轉化率；

②根據化學平衡特征判斷是否達到平衡狀態；

（2）①由圖可知，溫度一定時，p1時丙烷的物質的量分數大于時p2，由方程式可知，壓強越大，平衡逆向移動，丙烷的物質的量分數越大，所以壓強：p1>p2；

②由圖可知，隨著溫度升高，丙烷的物質的量分數降低，說明升高溫度平衡向正反應方向進行，反應速率和反應物的轉化率都增大；

③根據方程式可知：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) 列出三段式，利用已知條件求出平衡時各物質的物質的量分數，進一步求出分壓，再根據Kp =求出平衡常數；

④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)將反應編號，根據蓋斯定律，△H3=△H4-△H2 =-54.8 kJ/mol-81.7 kJ/mol=-136.5 kJ/mol。

(1) 根據方程式可知：
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始量（mol） 2 0 0

變化量（mol） x x x

平衡量 （mol） 2-x x x

根據阿伏加德羅定律：等溫等容條件下，氣體壓強之比等于物質的量之比，則：

=1.75，解得：x=1.5，

①0 ～ 10 min 內丙烯的生成速率 υ(C3H6) == 0.015mol·L-1·min-1，

C3H8 的平衡轉化率為=×100%=75%，

②A．氣體總質量和容積不變，所以氣體密度始終保持不變，故其他密度保持不變不能說明達到平衡狀態；

B．[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)即化學平衡常數，若保持不變，則說明達到平衡狀態；

C．該反應的焓變是常量，焓變保持不變不能說明達到平衡狀態；

D．C3H8 分解速率與 C3H6 消耗速率相等表示正逆反應速率相等，則說明達到平衡狀態；

故選BD，

因此，本題正確答案為：0.015mol·L-1·min-1 或 0.015mol/(L·min) ；75% ；B D；

（2）①由圖可知，溫度一定時，p1時丙烷的物質的量分數大于時p2，由方程式可知，壓強越大，平衡逆向移動，丙烷的物質的量分數越大，所以壓強：p1>p2；

②由圖可知，隨著溫度升高，丙烷的物質的量分數降低，說明升高溫度平衡向正反應方向進行，反應速率和反應物的轉化率都增大；

③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=，則C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g) 平衡時的物質的量分數分別為：、、，

則Q 點對應溫度下該反應的平衡常數 Kp ===0.0125MPa，

④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，

因此，本題正確答案為：> ；升高溫度；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；

(3)將反應編號： ②C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

③C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) △H3

④C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

根據蓋斯定律，④-②=③，則△H3=△H4-△H2 =-54.8 kJ/mol-81.7 kJ/mol=-136.5 kJ/mol，

因此，本題正確答案為：-136.5 kJ/mol。