Question

【題目】丙烯是重要的工業(yè)品，可用于制取鹵代烴、丙醇及塑料等。回答下列問題：

(1)丙烯與HCl加成生成CH3CHClCH3或CH3CH2CH2Cl的能量與反應歷程如圖：

①從能量角度看，較穩(wěn)定的產(chǎn)物是________(填“CH3CHClCH3”或“CH3CH2CH2Cl”)。

②制取CH3CHClCH3時，反應速率較慢的步驟是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

(2)丙烷直接脫氫制丙烯的相關熱化學反應如下：

主反應：C3H8(g)→C3H6(g)+H2 ΔH1=+124.27kJ·mol-1

副反應：C3H8(g)→CH4(g)+C2H4(g) ΔH2=+81.30kJ·mol-1

C3H8(g)+H2(g)→CH4(g)+C2H6(g) ΔH3=-55.64kJ·mol-1

C2H4(g)+H2(g)→C2H6(g) ΔH4

①ΔH4=_____________kJ·mol-1

②分別在0.1Mpa和0.01Mpa時，丙烷和丙烯的平衡物質(zhì)的量分數(shù)如圖所示：

表示0.1Mpa時丙烷物質(zhì)的量分數(shù)的是________(填羅馬數(shù)字，下同)；表示0.01Mpa時丙烯物質(zhì)量的分數(shù)的是________。

(3)用二氧化碳氧化丙烷制丙烯主要反應如下：

Ⅰ．C3H8(g)C3H6(g)+ H2 ΔH1>0平衡常數(shù)K1

Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2>0平衡常數(shù)K2

Ⅲ．耦合反應C3H8(g)+CO2(g)C3H6(g)+CO(g)+H2O(g)

當C3H8的物質(zhì)的量一定時，按不同投料比Z[Z=]向密閉容器中充入C3H8和CO2，發(fā)生反應Ⅲ，C3H8平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示：

①反應Ⅲ的平衡常數(shù)K=________(用K1、K2表示)。

②Z1________(填“>”“<”“=”)Z2。原因是________

③若A點氣體總壓強為0.2Mpa，則丙烯的平衡分壓為________MPa；900K時反應Ⅲ的平衡常數(shù)Kp=________MPa(Kp為用平衡分壓表示的平衡常數(shù))。

Answer 1

【答案】CH3CHClCH3 I -136.94 I II K1K2 > Z越大，c(CO2)越大，C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率越大 0.04 0.04

【解析】

(1)①一般情況下，物質(zhì)能量越低， 越穩(wěn)定；從圖中可知，CH3CHClCH3具有的能量低于CH3CH2CH2Cl，因此較穩(wěn)定的產(chǎn)物是CH3CHClCH3；

②一般情況下，反應的活化能越大，化學反應速率越慢；從圖示可以看出，CH3CH=CH2生成CH3CHClCH3的過程中，步驟Ⅰ的活化能大，反應速率較慢；

(2)①根據(jù)蓋斯定律，副反應①C3H8(g)→CH4(g)+C2H4(g) ΔH2=+81.30kJ·mol-1，②C3H8(g)+H2(g)→CH4(g)+C2H6(g) ΔH3=-55.64kJ·mol-1；反應②－①可得目標反應C2H4(g)+H2(g)→C2H6(g)，則ΔH4=ΔH3-ΔH2=-55.64kJ·mol-1-(+81.30kJ·mol-1)= -136.94kJ·mol-1；

②主反應為吸熱反應，其他條件一定下，升高溫度，平衡正向移動，丙烷的物質(zhì)的量分數(shù)減小，而丙烯的物質(zhì)的量分數(shù)增加；主反應為氣體體積增大的反應，其他條件一定下，增大壓強，平衡逆向移動，丙烷的物質(zhì)的量分數(shù)增大，丙烯的物質(zhì)的量分數(shù)減小；可知曲線Ⅰ、Ⅲ表示丙烷的物質(zhì)的分數(shù)的變化，壓強越大，丙烷的物質(zhì)的量分數(shù)越大，因此表示0.1MPa時，丙烷物質(zhì)的量分數(shù)的是Ⅰ；曲線Ⅱ、Ⅳ代表丙烯的物質(zhì)的量分數(shù)的變化，壓強越大，丙烯的物質(zhì)的量分數(shù)越小，則表示0.01Mpa時丙烯物質(zhì)量的分數(shù)的是Ⅱ；

(3)①根據(jù)蓋斯定律，反應Ⅰ＋反應Ⅱ可得反應Ⅲ，則K3=K1K2；

②在相同溫度下，c(CO2)越大，C3H8的轉(zhuǎn)化率越大，可知Z1>Z2，因為Z越大，c(CO2)越大，C3H8的轉(zhuǎn)化率越大；

③A點氣體總壓強為0.2Mpa，C3H8的轉(zhuǎn)化率為0.5；Z=1，假設n(CO2)=n(C3H8)=1mol，根據(jù)三等式，有

C3H8的平衡分壓p(C3H8)=；由于平衡時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量相同，因此各物質(zhì)的分壓相同；則900℃下，反應Ⅲ的平衡常數(shù)。