Question

【題目】丙烯是一種重要的化工原料，可通過丁烯催化裂解或丁烯與甲醇耦合制備。

Ⅰ．丁烯催化裂解生產(chǎn)丙烯的反應(yīng)方程式是2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)。

(1)已知C4H8、C3H6、C2H4的燃燒熱分別為2710.0 kJmol－1、2050.0 kJmol－1、1410.0 kJmol－1，則該反應(yīng)的ΔH＝_______ kJmol－1。下列操作既能提高C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率，又能加快反應(yīng)速率的是_________。

A．升高溫度 B．增大壓強

C．增大C4H8的濃度 D．使用更高效的催化劑

(2)某溫度下，在體積為2 L的剛性密閉容器中充入2.00 mol C4H8進行上述反應(yīng)，容器內(nèi)的總壓強p隨時間t的變化如下表所示：

反應(yīng)時間t/min	0	2	4	6	8	10	12
總壓強p/kPa	4.00	4.51	4.80	4.91	4.96	5.00	5.00

則0~10 min內(nèi)υ(C4H8)＝_______ molL－1min－1，該溫度下的平衡常數(shù)K＝_______kPa（用氣體的分壓表示）。

Ⅱ．將甲醇轉(zhuǎn)化耦合到丁烯裂解過程中生產(chǎn)丙烯，主要涉及下列反應(yīng)：

① 2C4H8(g)2C3H6(g)+ 2H4(g) ΔH＞0

② 2CH3OH(g)C2H4(g) + 2H2O(g) ΔH＜0

③ C2H4(g)+ C4H8(g)2C3H6(g) ΔH＜0

已知：甲醇吸附在催化劑上，可以活化催化劑；甲醇濃度過大也會抑制丁烯在催化劑上的轉(zhuǎn)化。

(3)圖1是C3H6及某些副產(chǎn)物的產(chǎn)率與n(CH3OH)/n(C4H8)的關(guān)系曲線。最佳的n(CH3OH)/n(C4H8)約為_________。

(4)圖2是某壓強下，將CH3OH和C4H8按一定的物質(zhì)的量之比投料，反應(yīng)達到平衡時C3H6的體積分數(shù)隨溫度的變化曲線。由圖可知平衡時C3H6的體積分數(shù)隨溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低，其原因可能是__________________________________________________。

(5)下列有關(guān)將甲醇轉(zhuǎn)化耦合到丁烯裂解過程中生產(chǎn)丙烯的說法正確的是________。

A．增大甲醇的通入量一定可以促進丁烯裂解

B．甲醇轉(zhuǎn)化生成的水可以減少催化劑上的積碳，延長催化劑的壽命

C．提高甲醇與丁烯的物質(zhì)的量的比值不能提高丙烯的平衡組成

D．將甲醇轉(zhuǎn)化引入丁烯的裂解中，可以實現(xiàn)反應(yīng)熱效應(yīng)平衡，降低能耗

Answer 1

【答案】＋90.0 A 0.0500 1 1 300~500℃時，丁烯裂解（反應(yīng)①）為主要反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正移，使C3H6的體積分數(shù)增大；溫度高于500℃時，反應(yīng)②③均為主要反應(yīng)，是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆移，使C3H6的體積分數(shù)降低，同時溫度升高易發(fā)生副反應(yīng)，C3H6可能轉(zhuǎn)化為C2H4、C3H8、C4H10、C5＋等，使C3H6的體積分數(shù)降低 BD

【解析】

Ⅰ．（1）已知：C4H8、C3H6、C2H4的燃燒熱分別為2710.0 kJmol－1、2050.0 kJmol－1、1410.0 kJmol－1，則：①C4H8（g）+6O2（g）═4CO2（g）+4H2O（l）△H1=-2710.0kJ·mol－1；②2C3H6（g）+9O2（g）═3CO2（g）+3H2O（l）△H2=-4100.0kJ·mol－1；③C2H4（g）+3O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H3=-1410.0kJ·mol－1；根據(jù)蓋斯定律，①×2-②-③可得：2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)，即可計算△H；再結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素和平衡的移動分析判斷；

(2)在恒溫恒容的密閉容器中，壓強與氣體的總物質(zhì)的量成正比，當(dāng)反應(yīng)進行到10min時達到平衡，此時容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為2mol×=2.5mol，設(shè)反應(yīng)生成的C2H4(g)的物質(zhì)的量為nmol，則：

2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)

起始物質(zhì)的量（mol） 2 0 0

變化物質(zhì)的量（mol） 2n 2n n

平衡物質(zhì)的量（mol） 2-2n 2n n

則（2-2n）+2n+n=2.5，解得：n=0.5；結(jié)合反應(yīng)速率和平衡常數(shù)公式進行計算；

Ⅱ．(3)根據(jù)圖1分析C3H6產(chǎn)率最高時n(CH3OH)/n(C4H8)的比值；

(4)結(jié)合溫度對反應(yīng)速率的影響和對反應(yīng)①②③平衡時的影響分析；

(5)結(jié)合平衡移動原理逐一分析判斷各選項。

Ⅰ．（1）已知：C4H8、C3H6、C2H4的燃燒熱分別為2710.0 kJmol－1、2050.0 kJmol－1、1410.0 kJmol－1，則：①C4H8（g）+6O2（g）═4CO2（g）+4H2O（l）△H1=-2710.0kJ·mol－1；②2C3H6（g）+9O2（g）═3CO2（g）+H2O（l）△H2=-4100.0kJ·mol－1；③C2H4（g）+3O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H3=-1410.0kJ·mol－1；根據(jù)蓋斯定律，①×2-②-③×2可得：2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)，則此反應(yīng)的△H=（-2710.0kJ·mol－1）×2-（-4100.0kJ·mol－1）-（-1410.0kJ·mol－1）=＋90.0kJ·mol－1；

A．升高溫度，反應(yīng)速率加快，且平衡向正反應(yīng)方向移動，能提高C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率，故A正確；B．增大壓強，反應(yīng)速率加快，但平衡向逆反應(yīng)方向移動，降低C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；C．增大C4H8的濃度，反應(yīng)速率加快，但C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故C錯誤；D．使用更高效的催化劑，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動，不影響C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率，故D錯誤；故答案為A；

(2)在恒溫恒容的密閉容器中，壓強與氣體的總物質(zhì)的量成正比，當(dāng)反應(yīng)進行到10min時達到平衡，此時容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為2mol×=2.5mol，設(shè)反應(yīng)生成的C2H4(g)的物質(zhì)的量為nmol，則：

2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)

起始物質(zhì)的量（mol） 2 0 0

變化物質(zhì)的量（mol） 2n 2n n

平衡物質(zhì)的量（mol） 2-2n 2n n

則（2-2n）+2n+n=2.5，解得：n=0.5；

故0~10 min內(nèi)υ(C4H8)＝mol·L－1·min－1=0.0500mol·L－1·min－1；該溫度下的平衡常數(shù)K＝=1kPa；

Ⅱ．(3)由圖1可知當(dāng)n(CH3OH)/n(C4H8)約為1時C3H6的產(chǎn)率是最高；

(4)由圖2可知，300~500℃時，丁烯裂解(反應(yīng)①)為主要反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正移，使C3H6的體積分數(shù)增大；溫度高于500℃時，反應(yīng)②③均為主要反應(yīng)，是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆移，使C3H6的體積分數(shù)降低，同時溫度升高易發(fā)生副反應(yīng)，C3H6可能轉(zhuǎn)化為C2H4、C3H8、C4H10、C5＋等，使C3H6的體積分數(shù)降低。

(5)A．反應(yīng)②中生成的C2H4抑制反應(yīng)①中C4H8(g)的分解，則增大甲醇的通入量不一定可以促進丁烯裂解，故A錯誤；B．碳和水在高溫度下生成CO和H2，則甲醇轉(zhuǎn)化生成的水可以減少催化劑上的積碳，延長催化劑的壽命，故B正確；C．反應(yīng)②中生成的C2H4促進反應(yīng)③中C4H8(g)轉(zhuǎn)化為C3H6(g)，有利于提高丙烯的產(chǎn)量，則適當(dāng)提高甲醇與丁烯的物質(zhì)的量的比值可以提高丙烯的平衡組成，故C錯誤；D．反應(yīng)②中提高甲醇的量，可利用反應(yīng)放出的熱量促進反應(yīng)①平衡正向移動，達到反應(yīng)熱效應(yīng)平衡，降低能耗效果，故D正確；故答案為BD。