Question

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

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

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

解聚反應(yīng)：2(g) H>0

回答下列問題：

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

(2)一定條件下，將環(huán)戊二烯溶于有機(jī)溶劑進(jìn)行氫化反應(yīng)（不考慮二聚反應(yīng)），反應(yīng)過程中保持氫氣壓力不變，測(cè)得環(huán)戊烯和環(huán)戊烷的產(chǎn)率（以環(huán)戊二烯為原料計(jì)）隨時(shí)間變化如圖所示：

①0～4 h氫化反應(yīng)速率比副反應(yīng)快的可能原因是___________________。

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

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

(3)解聚反應(yīng)在剛性容器中進(jìn)行（不考慮氫化反應(yīng)和副反應(yīng)）。

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

A.增大雙環(huán)戊二烯的用量 B.使用催化劑 C.及時(shí)分離產(chǎn)物 D.適當(dāng)提高溫度

②實(shí)際生產(chǎn)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(yīng))。某溫度下，通入總壓為300 kPa的雙環(huán)戊二烯和水蒸氣，達(dá)到平衡后總壓為500 kPa，雙環(huán)戊二烯的轉(zhuǎn)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(yīng)的活化能小或反應(yīng)物的濃度大 4 排出氫氣或急劇降溫 副反應(yīng)增加 CD 50 3200

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的反應(yīng)熱；

(2)①活化能越小、反應(yīng)物濃度越大，該反應(yīng)越易正向移動(dòng)；

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

③副反應(yīng)能降低環(huán)己烯的產(chǎn)率；

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

②設(shè)加入的雙環(huán)戊二烯的物質(zhì)的量為x mol、水的物質(zhì)的量為y mol，雙環(huán)戊二烯的轉(zhuǎn)化率為80%，則剩余雙環(huán)戊二烯的物質(zhì)的量為0.2x mol、生成環(huán)戊二烯的物質(zhì)的量為1.6x mol，恒溫恒容條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，計(jì)算反應(yīng)開始時(shí)雙環(huán)戊二烯與水的物質(zhì)的量的比，及平衡時(shí)各種氣體的物質(zhì)的量，計(jì)算出各種氣體的平衡分壓，代入平衡常數(shù)表達(dá)式然后計(jì)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(yīng)熱與反應(yīng)途徑無關(guān)，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(yīng)物濃度越大，該反應(yīng)越易正向移動(dòng)，0～4 h氫化反應(yīng)速率比副反應(yīng)快的可能原因是氫化反應(yīng)的活化能小或反應(yīng)物的濃度大；

②環(huán)戊烯的產(chǎn)率越大、環(huán)戊烷的產(chǎn)率越小越好，根據(jù)圖知4 h時(shí)環(huán)戊烯產(chǎn)率最大；若需迅速減慢甚至停止反應(yīng)，可以通過減少反應(yīng)物濃度或降低溫度實(shí)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(yīng)；

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

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

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

C. 及時(shí)分離產(chǎn)物，減小了生成物的濃度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，提高雙環(huán)戊二烯轉(zhuǎn)化率，C符合題意；

D. 適當(dāng)提高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的正反應(yīng)方向移動(dòng)，雙環(huán)戊二烯轉(zhuǎn)化率升高，D符合題意；

故合理選項(xiàng)是CD；

②設(shè)加入的雙環(huán)戊二烯的物質(zhì)的量為x mol、水的物質(zhì)的量為y mol，由于達(dá)到平衡時(shí)雙環(huán)戊二烯的轉(zhuǎn)化率為80%，則剩余雙環(huán)戊二烯的物質(zhì)的量為0.2x mol、生成環(huán)戊二烯的物質(zhì)的量為1.6x mol。在恒溫恒容條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)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(shí)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(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)用平衡分壓表示Kp==3200 kPa。