Question

【題目】乙基叔丁基酸(以ETBE表示)是一種性能優良的高辛烷值汽油調和劑，用乙醇與異丁烯(以IB表示)在催化劑HZSM-5催化下合成ETBE，反應的化學方程式為：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g) △H，回答下列問題：

注：C1表示乙醇和異丁烯同時吸附，C2表示先吸附乙醇，C3表示先吸附異丁烯。

(1)反應物被催化劑HZSM-5吸附的順序與反應歷程的關系如上圖所示，該反應的△H=____akJ·mol-1，下列選項正確的是______(填序號)。

A．反應歷程的最優途徑是C1

B．HZSM-5沒有參加化學反應

C．相同條件下，采用不同途徑時，乙醇的平衡轉化率C1＞C2＞C3

D．升高反應溫度有利于提高平衡產率

(2)向剛性容器中按物質的量之比1：1充入乙醇和異丁烯，在溫度為378 K與388 K時異丁烯的轉化率隨時間變化如圖所示。

①圖中A、M、B三點，化學反應速率由大到小的順序為______，其中逆反應速率最大的點是______（用符號A、M、B填寫）。

②388 K時，容器內起始總壓為P0 Pa，用分壓表示的該反應的平衡常數K=______Pa-1(用含有P0的式子表示)。

③瑞典化學家阿累尼烏斯的化學反應速率經驗定律為：，（其中，k為速率常數，A、R為常數，Ea為活化能，T為絕對溫度，e為自然對數底數，約為2.718）。由此判斷下列說法中正確的是_____（填序號，k正 、k逆為正、逆速率常數）。

A．其他條件不變，升高溫度，k正增大，k逆變小

B．其他條件不變，使用催化劑，k正、k逆同倍數增大

C．其他條件不變，増大反應物濃度k正增大，k逆不變

D．其他條件不變，減小壓強，k正、k逆都變小

已知反應速率υ=υ正-υ逆=k正P(C2H5OH)·P(IB)-k逆P(ETBE)，計算上圖中M點=_______(保留兩位小數）

Answer 1

【答案】-4 A M>B>A A B 5.33

【解析】

(1)根據圖象，H=生成物總能量-反應物總能量，根據到達過渡態的活化能高低選擇合適的反應途徑；

(2)①溫度升高，化學反應速率增大，反應到達平衡的時間縮短；

②388 K時，異丁烯的平衡轉化率為80%，根據方程式計算平衡時各種氣體的物質的量，利用氣體的物質的量的比等于壓強比，代入平衡常數表達式計算可得；

③根據溫度、濃度、催化劑對速率常數的影響分析判斷，結合平衡時正、逆反應速率相等，根據圖象，M點異丁烯的平衡轉化率為60%，根據方程式計算。

(1) 根據圖象，H=生成物總能量-反應物總能量=(1-5)a kJ/mol=-4a kJ/mol；

A．過渡態1的活化能為E1=4a kJ/mol，過渡態2的活化能為E2=6a kJ/mol，過渡態3的活化能為E3=6a kJ/mol，所以過渡態1的活化能最低，反應相對容易，則反應歷程的最優途徑是C1，A正確；

B. 催化劑HZSM-5參加化學反應，降低反應的活化能，能夠使化學反應速率大大加快，B錯誤；

C．采用不同途徑，由于不能改變反應物、生成物的總能量，因此反應熱不變，在相同條件下，采用不同途徑時，最終達到平衡時反應物乙醇的平衡轉化率不變，C錯誤；

D．該反應的正反應是放熱反應，在其他條件不變時，升高反應溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，反應物轉化率降低，因此不有利于提高平衡產率，D錯誤；

故合理選項是A；

(2)①溫度升高，化學反應速率增大，反應到達平衡的時間縮短，溫度388 K高于378 K，所以388 K時異丁烯的轉化率隨時間變化的曲線為L1，378 K時異丁烯的轉化率隨時間變化的曲線為L2。M、A是388 K溫度下的化學反應，反應正向進行，M點反應物的濃度比A點的高，反應物濃度越大，反應速率越快，所以反應速率M＞A ；B點是378 K時的反應速率，M、B兩點濃度相同但M點溫度高，則反應速率M>B；A、B兩點觀察斜率，反應速率B>A，故化學反應速率由大到小的順序為：M＞B＞A；

A、B、M三點中A點的溫度高于B點，A點生成物的濃度大于M、B點，所以圖中A、M、B三點，逆反應速率最大的點是A點；

②在388 K時，當反應達到平衡時異丁烯轉化率為80%，由于在反應開始時按物質的量之比1：1充入乙醇和異丁烯，發生反應：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)，假設反應開始時n(異丁烯)=n(乙醇)=a mol，平衡時各種物質的物質的量為n(異丁烯)=n(乙醇)=0.2a mol，n(ETBE)=0.8a mol，平衡時氣體總物質的量n(總)= 0.2a mol+0.2a mol+0.8a mol=1.2a mol，平衡時氣體壓強P=P0=0.6P0，在相同條件下氣體的物質的量的比等于壓強之比，則平衡時各種氣體的分壓P(異丁烯)=P(乙醇)=×0.6P0=0.1 P0，P(ETBE)=×0.6p0=0.4 P0，所以用分壓表示的該反應的平衡常數K= =；

③A．其他條件不變，升高溫度，正、逆反應速率都增大，因此k正、k逆都增大，A錯誤；

B．催化劑對正、逆反應速率影響相同，因此其他條件不變，使用催化劑，k正、k逆同倍數增大，B正確；

C．反應速率常數只與反應溫度有關，在其它條件不變時，増大反應物濃度，k正、k逆都不變，C錯誤；

D．反應速率常數只與反應溫度有關，在其它條件不變時，減小壓強，k正、k逆都不變，D錯誤；

故合理選項是B；

③反應達到平衡時υ=υ正-υ逆=k正P(C2H5OH)·P(IB)-k逆P(ETBE)=0，則==；由于在反應開始時按物質的量之比1：1充入乙醇和異丁烯，發生反應：C2H5OH(g)+IB(g)ETBE(g)，假設反應開始時n(異丁烯)=n(乙醇)=a mol，在M點異丁烯轉化率為60%，則M點時n(異丁烯)=n(乙醇)=0.4a mol，n(ETBE)=0.6a mol，氣體總物質的量為n(總)=0.4a mol+0.4a mol+0.6a mol=1.4a mol，此時氣體壓強P=P0=0.7P0，在相同條件下氣體的物質的量的比等于壓強之比，則M點各種氣體的分壓P(異丁烯)=P(乙醇)=×0.7P0=0.2P0，P(ETBE)=×0.7P0=0.3P0，所以M點=5.33。