Question

【题目】丙烯是重要的有机化工原料，工业上丙烷脱氢制丙烯的反应如下：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) △H1

(1)一定温度下，向 10 L 恒容密闭容器中充入 2 mol C3H8 发生反应，经过 10 min达到平衡状态，测得平衡时气体压强是开始的 1.75 倍。

① 0 ～ 10 min 内丙烯的生成速率 v(C3H6) =________， C3H8 的平衡转化率为______。

②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是___________。

A．气体密度保持不变 B．[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)保持不变

C．装置内总压器保持不变 D．C3H8 分解速率与 C3H6 生成速率相等

(2)总压强分别为 p1 和 p2 时，上述反应在不同温度下达到平衡，测得丙烷及丙烯的物质的量分数如下图所示：

① 压强：p1 __ p2 ； △H1_____0 (填“>”或“<”)，该反应自发进行的条件是_______(填“高温”“低温”或“任意温度”)

②若p1=0.1 MPa，起始时充入一定量的丙烷发生反应，计算 Q 点对应温度下该反应的平衡常数Kp =___(用平衡分压代替平衡浓度计算，某气体分压=总压×某气体物质的量分数)

③在恒温恒压条件下，向容器中通入丙烷和稀有气体的混合气体，发生丙烷脱氢反应，发现混合气体中稀有气体所占比例越多，丙烷脱氢转化率逐渐增大。试解释原因____________。

(3)在实际生产中，还可能存在如下副反应：

C3H8(g) C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) △H3

C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

则△H3 =_____。

Answer 1

【答案】0.015mol·L-1·min-1 75% BC > > 高温 0.0125MPa 该反应是气体分子数增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率 -136.5 kJ/mol

【解析】

（1）①令消耗C3H8的物质的量为xmol，C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始：2 0 0

变化：x x x

平衡：2－x x x 利用压强之比等于物质的量之比，得出，x=1.5mol，根据化学反应速率的数学表达式，v(C3H6)=mol/(L·min)=0.015 mol/(L·min)；C3H8的转化率为=75%；

②A、根据，C3H8、C3H6、H2都是气体，即气体质量保持不变，容器为恒容，V保持不变，密度不变，不能说明反应达到平衡，故A不符合题意；

B、Qc=[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)，K=[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)，当Qc=K时反应达到平衡，即随着反应进行该比值不再改变，说明反应达到平衡，故B符合题意；

C、反应前后气体系数之和不相等，利用压强之比等于物质的量之比，因此当压强不再改变，说明反应达到平衡，故C符合题意；

D、分解C3H8，生成C3H6，反应都是向正反应方向进行，因此C3H8分解速率与C3H6生成速率相等，不能说明反应达到平衡，故D不符合题意；

（2）①根据图像，作等温线，增大压强，平衡向逆反应方向进行，C3H8的物质的量增大，物质的量分数增大，即p1>p2；根据图像，随着温度升高，C3H8物质的量分数降低，升高温度，平衡向正反应方向进行，即△H1>0；根据符合判据△G=△H-T△S，△H>0，根据方程式，该反应为熵增，即△S>0，能够自发进行，△G<0，即需要在高温下；

②假设起始时丙烷的物质的量为1mol，根据方程式可知：
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始量（mol） 1 0 0

变化量（mol） y y y

平衡量 （mol） 1-y y y

Q点：丙烷的物质的量分数为50%，则1-y=0.5(1+y)，解得y=1/3，则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g) 平衡时的物质的量分数分别为：1/2、1/4、1/4，

则Q 点对应温度下该反应的平衡常数 Kp ===0.0125MPa，

③由反应方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知，该反应是气体分子数增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率；

（3）①C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

②C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) △H3

③C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

根据盖斯定律，③-①=②，则△H3=△H4-△H2 =-54.8 kJ/mol-81.7 kJ/mol=-136.5 kJ/mol。