Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。請回答下列問題：

(1)反應Ⅰ： △H1 平衡常數為K1

反應Ⅱ： △H2 平衡常數為K2

不同溫度下，K1、K2的值如下表：

	K1	K2
973	1.47	2.38
1173	2.15	1.67

現有反應Ⅲ：，結合上表數據，反應Ⅲ是________（填“放熱”或“吸熱”）反應。

(2)催化加氫合成二甲醚是一種轉化方法，其過程中主要發生下列反應：

反應Ⅲ： △H3

反應Ⅳ： △H=-122.5kJ/mol

在恒壓、和的起始量一定的條件下，平衡轉化率和平衡時的選擇性隨溫度的變化如圖。

其中：的選擇性

①溫度高于300℃，平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是________。

②220℃時，在催化劑作用下與反應一段時間后，測得的選擇性為48%（圖中點）。不改變反應時間和溫度，一定能提高選擇性的措施有________。

(3)石油化工生產中，利用裂解反應可以獲得重要化工原料乙烯、丙烯。一定條件下，正丁烷裂解的主反應如下：

反應Ⅴ：

反應Ⅵ：

一定溫度下，向容積為的密閉容器中通入正丁烷，反應時間與容器內氣體總壓強數據如下：

	0	10	20	30	40
	5	7.2	8.4	8.8	8.8

①反應速率可以用單位時間內分壓的變化表示，即v=，前內正丁烷的平均反應速率v（正丁烷）________，該溫度下，正丁烷的平衡轉化率________。

②若平衡時乙烯的體積分數為，則該溫度下反應Ⅴ的分壓平衡常數Kp=________MPa（保留一位小數）。

③若反應在恒溫、恒壓條件下進行，平衡后反應容器的體積________（填“大于”“小于”或“等于”）。

Answer 1

【答案】吸熱 反應Ⅲ的△H>0，溫度升高使轉化為的平衡轉化率上升，反應Ⅳ的，溫度升高使轉化為的平衡轉化率下降：且上升幅度超過下降幅度 增大壓強、使用對反應Ⅳ催化活性更高的催化劑 0.17 76% 2.1 大于

【解析】

判斷反應Ⅲ：的△H時，需利用反應Ⅰ與反應Ⅱ，建立平衡常數與K1、K2的關系，然后分別代入973K和1173K兩組數據，得出兩個溫度下的K，比較確定K隨溫度的變化，便可確定△H與0的關系。溫度高于300℃，平衡轉化率受反應Ⅲ和反應Ⅳ的影響，兩個反應進行綜合分析，便可得出平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因；分析兩個反應前后的氣體分子數關系，由此確定一定能提高選擇性的措施；利用三段式，可求出內及平衡時各物質的分壓，從而求出速率、轉化率及分壓平衡常數；由體積不變轉化為壓強不變時，需關注平衡的移動情況。

(1) 反應Ⅲ：，則K==，由表中數據可以看出，973K時，K<1，1173K時，K>1，溫度升高，K值增大，則反應Ⅲ是吸熱反應。答案為：吸熱；

(2)①反應Ⅲ： △H3<0，

反應Ⅳ： △H=-122.5kJ/mol

升高溫度，反應Ⅲ平衡正向移動，平衡轉化率增大，反應Ⅳ平衡逆向移動，平衡轉化率減小，最終結果是平衡轉化率增大，則表明反應Ⅲ對平衡轉化率的影響占主導地位，從而得出溫度高于300℃，平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是反應Ⅲ的△H>0，溫度升高使轉化為的平衡轉化率上升，反應Ⅳ的，溫度升高使轉化為的平衡轉化率下降：且上升幅度超過下降幅度。答案為：反應Ⅲ的△H>0，溫度升高使轉化為的平衡轉化率上升，反應Ⅳ的，溫度升高使轉化為的平衡轉化率下降：且上升幅度超過下降幅度；

②反應Ⅲ的反應前后氣體分子數相等，而反應后氣體的分子數減小，要想提高選擇性，即設法促進反應Ⅳ的平衡正向移動，從而得出不改變反應時間和溫度，一定能提高選擇性的措施有增大壓強、使用對反應Ⅳ催化活性更高的催化劑。答案為：增大壓強、使用對反應Ⅳ催化活性更高的催化劑；

(3)①前時，混合氣的總壓強為8.4MPa，設正丁烷的變化量為x，則三段式為：

5MPa-x+x+x=8.4MPa，x=3.4MPa，前內正丁烷的平均反應速率v（正丁烷） 0.17。

平衡時，混合氣的總壓強為8.8MPa，設正丁烷的變化量為y，則三段式為：

5MPa-y+y+y=8.8MPa，y=3.8MPa，該溫度下，正丁烷的平衡轉化率=76%。答案為：0.17；76%；

②若平衡時乙烯的體積分數為，則平衡時p(C2H4)= p(C2H6)=8.8MPa×=2.2MPa，發生反應后，壓強由5MPa變為8.8MPa，壓強增大3.8MPa，發生反應Ⅵ，壓強增大2.2MPa，則發生反應Ⅴ，壓強增大3.8MPa-2.2MPa=1.6MPa，從而得出平衡時p(CH4)= p(C3H6)= 1.6MPa，p(C4H10)= 5MPa-3.8MPa=1.2MPa，該溫度下反應Ⅴ的分壓平衡常數Kp== 2.1MPa。答案為：2.1；

③反應在恒溫、恒壓條件下進行，若平衡不移動，則平衡后反應容器的體積為8.8L，現減壓導致平衡向氣體分子數增大的方向移動，氣體的壓強增大，所以還需增大容器的體積，以保證壓強不變，從而得出平衡后反應容器的體積大于。答案為：大于。