Question

【題目】丙烯(C3H6)是石油化工行業(yè)重要的有機(jī)原料之一，主要用于生產(chǎn)聚丙烯、二氯乙烯、異丙烯等產(chǎn)品。

(1)丙烷脫氫制備丙烯。由圖可得C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH=___kJ/mol。

①為了同時(shí)提高反應(yīng)速率和反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是___。

②目前在丙烷脫氫制丙烯時(shí)常加入適量的O2，讓其同時(shí)發(fā)生下列反應(yīng)：

2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH=-235kJ/mol，通入O2的目的是___。

(2)以C4H8和C2H4為原料發(fā)生烯烴歧化反應(yīng)C4H8+C2H42C3H6(g) ΔH>0。

①某溫度下，上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正=k正c(C4H8)c(C2H4)、逆反應(yīng)速率為v逆=k逆c2(C3H6)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，該反應(yīng)使用WO3/SiO2為催化劑，下列說(shuō)法中正確的是___。

A.催化劑參與了歧化反應(yīng)，但不改變反應(yīng)歷程

B.催化劑使k正和k逆增大相同的倍數(shù)

C.催化劑降低了烯烴歧化反應(yīng)的活化能，增大了活化分子百分?jǐn)?shù)

D.速率常數(shù)的大小與反應(yīng)歷程無(wú)關(guān)系

②已知t1min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得此時(shí)容器中n(C4H8)=amol，n(C2H4)=2amol，n(C3H6)=bmol且平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)為25%。再往容器內(nèi)通入等物質(zhì)的量的C4H8和C2H4，在新平衡中C3H6的體積分?jǐn)?shù)___25%。(填“>”、“<”、“=”)

(3)工業(yè)上可用丙烯加成法制備1，2—二氯丙烷(CH2ClCHClCH3)，主要副產(chǎn)物為3—氯乙烯(CH2=CHCH2Cl)，反應(yīng)原理為

Ⅰ.CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)CH2ClCHClCH3(g)

Ⅱ.CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)+HCl(g)

一定溫度下，向恒容密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CH2=CHCH3(g)和Cl2(g)。在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I、Ⅱ，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如下表所示。

①用單位時(shí)間內(nèi)氣體分壓的變化來(lái)表示反應(yīng)速率，即v=，則前120min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH2ClCHClCH3)=___kPamin-1。

②該溫度下，若平衡時(shí)HCl的體積分?jǐn)?shù)為12.5%，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=__kPa-1。(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，保留小數(shù)點(diǎn)后2位。)

Answer 1

【答案】+124.2 升高溫度 丙烷直接裂解是吸熱反應(yīng)，通入足量O2可提供裂解所需的能量，并保持熱平衡 BCD > 0.09 0.21

【解析】

(1)據(jù)圖可知i：C3H8(g)=CH4(g)+C2H2(g)+H2(g)△H1=156.6kJmol-1

ii：C3H6(g)=CH4(g)+C2H2(g)△H2=32.4kJmol-1

根據(jù)蓋斯定律由i-ii可得C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的△H=+124.2kJ/mol；

①該反應(yīng)焓變大于0，為吸熱反應(yīng)，所以升高溫度既可以提高反應(yīng)速率也可以提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率；而催化劑雖然能增大反應(yīng)速率，但不改變平衡轉(zhuǎn)化率，加壓可以提高反應(yīng)速率，但平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率減小；加入一定量的C3H8也可以提高反應(yīng)速率，但同時(shí)也會(huì)增大壓強(qiáng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率會(huì)減小，綜上所述可行的方法為升高溫度；

②丙烷直接裂解是吸熱反應(yīng)，通入足量O2與丙烷反應(yīng)會(huì)放出熱量，可提供裂解所需的能量，并保持熱平衡；

(2)①A．催化劑會(huì)改變反應(yīng)歷程，從而降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤；

B．催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡狀態(tài)，即催化劑對(duì)正逆反應(yīng)速率的影響是一致的，故B正確；

C．催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，從而使能量較低的分子也成為活化分子，增大了活化分子的百分?jǐn)?shù)，故C正確；

D．反應(yīng)平衡時(shí)，v正=k正c(C4H8)c(C2H4)=v逆=k逆c2(C3H6)，所以，而平衡常數(shù)的大小與溫度有關(guān)，所以速率常數(shù)的大小與溫度有關(guān)，與反應(yīng)歷程無(wú)關(guān)，故D正確；

綜上所述選BCD；

②平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)為25%，則容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為4b mol，所以有(a+2a+b)mol=4b mol，所以a=b；根據(jù)反應(yīng)方程式可知，初始投料為n(C4H8)=1.5a mol，n(C2H4)=2.5amol，n(C4H8)：n(C4H8)<1:1，對(duì)于可逆反應(yīng)，同一溫度下，當(dāng)投料比與計(jì)量數(shù)之比相等時(shí)生成物的體積分?jǐn)?shù)最大，再往容器內(nèi)通入等物質(zhì)的量的C4H8和C2H4，使初始投料比更接近1:1，產(chǎn)物的體積分?jǐn)?shù)增大，所以新平衡中C3H6的體積分?jǐn)?shù)大于25%。

(3)①反應(yīng)Ⅱ前后氣體系數(shù)之和相同，反應(yīng)I為氣體減少的反應(yīng)，所以壓強(qiáng)的減小是由反應(yīng)I引起的，且根據(jù)系數(shù)變化可知△p(CH2ClCHClCH3)與容器壓強(qiáng)的變化相同，所以12min內(nèi)△p(CH2ClCHClCH3)=(80-69.2)kPa=10.8kPa，則v(CH2ClCHClCH3)== 0.09 kPamin-1；

②恒容密閉容器中氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，等于體積之比；初始?jí)簭?qiáng)為80kPa，則不妨設(shè)初始投料為CH2=CHCH3(g)和Cl2(g)各40mol，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知平衡時(shí)壓強(qiáng)為57.6kPa，則氣體的總物質(zhì)的量為57.6mol；△n總=(80-57.6)mol=22.4mol，則反應(yīng)I中生成的n(CH2ClCHClCH3)=22.4mol，消耗的nI(CH2=CHCH3)= nI(Cl2)=22.4mol；HCl的體積分?jǐn)?shù)為12.5%，則n(HCl)=57.6mol×12.5%=7.2mol，根據(jù)反應(yīng)II的方程式可知消耗的nII(CH2=CHCH3)= nII(Cl2)=7.2mol，所以平衡時(shí)n(CH2=CHCH3)= n(Cl2)=(40-22.4-7.2)mol=10.4mol；綜上所述平衡時(shí)n(CH2ClCHClCH3)=22.4mol，n(CH2=CHCH3)= n(Cl2)=10.4mol，則p(CH2ClCHClCH3)=22.4kPa，p(CH2=CHCH3)= p(Cl2)=10.4kPa，所以Kp==0.21kPa-1。