Question

【題目】環(huán)戊烯是生產精細化工產品的重要中間體，其制備涉及的反應如下：

氫化反應：(l)+H2(g)(環(huán)戊烯)(l) H=-100.5 kJ/mol

副反應：(l)+H2(g)(環(huán)戊烷)(l) H=-109.4 kJ/mol

解聚反應：2(g) H>0

回答下列問題：

(1)反應(l)+2H2(g)(l)的△H=_________ kJ/mol。

(2)一定條件下，將環(huán)戊二烯溶于有機溶劑進行氫化反應（不考慮二聚反應），反應過程中保持氫氣壓力不變，測得環(huán)戊烯和環(huán)戊烷的產率（以環(huán)戊二烯為原料計）隨時間變化如圖所示：

①0～4 h氫化反應速率比副反應快的可能原因是___________________。

②最佳的反應時間為_________h。若需迅速減慢甚至停止反應，可采取的措施有__________________(寫一條即可)。

③一段時間后，環(huán)戊烯產率快速下降的原因可能是_____________________。

(3)解聚反應在剛性容器中進行（不考慮氫化反應和副反應）。

①其他條件不變，有利于提高雙環(huán)戊二烯平衡轉化率的是________（填標號）。

A.增大雙環(huán)戊二烯的用量 B.使用催化劑 C.及時分離產物 D.適當提高溫度

②實際生產中常通入水蒸氣以降低雙環(huán)戊二烯的溫度(水蒸氣不參與反應)。某溫度下，通入總壓為300 kPa的雙環(huán)戊二烯和水蒸氣，達到平衡后總壓為500 kPa，雙環(huán)戊二烯的轉化率為80%，則 p(H2O)=________kPa，平衡常數(shù)Kp=__________kPa (Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

Answer 1

【答案】－209.9 氫化反應的活化能小或反應物的濃度大 4 排出氫氣或急劇降溫 副反應增加 CD 50 3200

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將已知的熱化學方程式疊加，可得待求反應的反應熱；

(2)①活化能越小、反應物濃度越大，該反應越易正向移動；

②環(huán)戊烯的產率越大、環(huán)戊烷的產率越小越好；若需迅速減慢甚至停止反應，可以通過減少反應物濃度或降低溫度實現(xiàn)；

③副反應能降低環(huán)己烯的產率；

(3)①該反應的正反應是一個反應前后氣體體積增大的吸熱反應，減小壓強、升高溫度都使平衡正向移動，有利于提高雙環(huán)戊二烯平衡轉化率；

②設加入的雙環(huán)戊二烯的物質的量為x mol、水的物質的量為y mol，雙環(huán)戊二烯的轉化率為80%，則剩余雙環(huán)戊二烯的物質的量為0.2x mol、生成環(huán)戊二烯的物質的量為1.6x mol，恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于物質的量之比，計算反應開始時雙環(huán)戊二烯與水的物質的量的比，及平衡時各種氣體的物質的量，計算出各種氣體的平衡分壓，代入平衡常數(shù)表達式然后計算可得其數(shù)值。

(1)①(l)+H2(g)(環(huán)戊烯)(l) H=-100.5 kJ/mol；

②(l)+H2(g)(環(huán)戊烷)(l) H=-109.4 kJ/mol，

由于反應熱與反應途徑無關，將方程式①+②整理可得：(l)+2H2(g)(l)的△H=-209.9 kJ/mol；

(2)①活化能越小、反應物濃度越大，該反應越易正向移動，0～4 h氫化反應速率比副反應快的可能原因是氫化反應的活化能小或反應物的濃度大；

②環(huán)戊烯的產率越大、環(huán)戊烷的產率越小越好，根據圖知4 h時環(huán)戊烯產率最大；若需迅速減慢甚至停止反應，可以通過減少反應物濃度或降低溫度實現(xiàn)，所以排出氫氣或急劇降溫都能迅速減慢甚至停止反應；

③副反應能降低環(huán)己烯的產率，所以一段時間后，環(huán)戊烯產率快速下降的原因可能是副反應增加；

(3)①A. 增大雙環(huán)戊二烯的用量，反應物濃度增大，化學平衡正向移動，但其轉化率降低，A不符合題意；

B. 使用催化劑只改變化學反應速率不影響平衡移動，雙環(huán)戊二烯的轉化率不變，B不符合題意；

C. 及時分離產物，減小了生成物的濃度，化學平衡正向移動，提高雙環(huán)戊二烯轉化率，C符合題意；

D. 適當提高溫度，化學平衡向吸熱的正反應方向移動，雙環(huán)戊二烯轉化率升高，D符合題意；

故合理選項是CD；

②設加入的雙環(huán)戊二烯的物質的量為x mol、水的物質的量為y mol，由于達到平衡時雙環(huán)戊二烯的轉化率為80%，則剩余雙環(huán)戊二烯的物質的量為0.2x mol、生成環(huán)戊二烯的物質的量為1.6x mol。在恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于物質的量之比，所以(x+y)mol：(0.2x+1.6x+y)mol=300kPa：500kPa=3：5，解得x：y=5：1，則平衡時H2O的分壓p(H2O)==50 kPa；p(雙環(huán)戊二烯)==50 kPa；p(環(huán)戊二烯)==400 kPa，則該反應的化學平衡常數(shù)用平衡分壓表示Kp==3200 kPa。