Question

15．丁烯是仅次于乙烯和丙烯的重要石油化工基本原料，目前已开发出丁烷脱氢制丁烯，Pt-Sn分子筛脱氢催化剂（催化剂L-78）是该过程常用的催化剂．
其反应原理为（反应Ⅰ）：C₄H₁₀（g）?C₄H₈（g）（丁烯）+H₂（g）△H₁
副反应为（反应Ⅱ）：C₄H₁₀（g）?C₄H₆（g）（丁二烯）+2H₂（g）△H₂
已知C₄H₁₀（g）、C₄H₈（g）、H₂（g）的标准燃烧热（△H）为a kJ•mol^-1、b kJ•mol^-1、c kJ•mol^-1，a＜b＜c＜0，且a＞b+c．
（1）△H₁=（a-b-c）KJ/mol；反应Ⅰ能自发进行的条件是高温．（填“高温”、“低温”或“任意温度”）
（2）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（Pa）代替物质的量浓度（c_B）也可表示平衡常数（记作Kp），则反应Ⅱ的Kp$\frac{{P}^{2}（{H}_{2}）•P（{C}_{4}{H}_{6}）}{P（{C}_{4}{H}_{10}）}$；已知△H₁＜△H₂，则随着温度升高，反应C₄H₈（g）（丁烯）?C₄H₆（g）（丁二烯）+H₂（g）的平衡常数增大（填“增大”、“减小”或“不变”）
（3）在某恒温恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，则下列不能判断两反应已同时达到平衡的是（　　）
A．密闭容器中混合气体的密度不变
B．容器中$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{C}_{4}{H}_{10}）}$不再变化
C．容器中丁二烯的浓度不再变化
D．容器中C₄H₈（g）体积分数不变．

Answer 1

分析 （1）写出C₄H₁₀（g）、C₄H₈（g）、H₂（g）的标准燃烧热的热化学方程式，再利用盖斯定求算△H₁；△H-T△S＜0的反应能够自发进行；
（2）据化学平衡常数表达式，代入Pa可得；反应Ⅱ-反应Ⅰ可得反应C₄H₈（g）（丁烯）?C₄H₆（g）（丁二烯）+H₂（g），其△H=△H₂-△H₁，已知△H₁＜△H₂，所以△H＞0，反应吸热，据此分析；
（3）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分浓度保持不变，据此分析．

解答 解：（1）已知①C₄H₁₀（g）+6.5O₂（g）=4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=akJ/mol，②C₄H₈（g）+6O₂（g）=4CO₂（g）+4H₂O（l）△H=bkJ/mol，③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=ckJ/mol．据盖斯定律①-②-③得：C₄H₁₀（g）?C₄H₈（g）（丁烯）+H₂（g）△H₁=（a-b-c）KJ/mol；反应Ⅰ能自发进行，说明其△H-T△S＜0，该反应的△s＞0，a＜b＜c＜0，且a＞b+c，说明△H₁＞0，改反应在高温下能够自发进行，故答案为：（a-b-c）KJ/mol；高温；
（2）据化学平衡常数表达式，代入Pa后Kp=$\frac{{P}^{2}（{H}_{2}）•P（{C}_{4}{H}_{6}）}{P（{C}_{4}{H}_{10}）}$，反应Ⅱ-反应Ⅰ可得反应C₄H₈（g）（丁烯）?C₄H₆（g）（丁二烯）+H₂（g），其△H=△H₂-△H₁，已知△H₁＜△H₂，所以△H＞0，反应吸热，升温平衡正向移动，平衡常数增大，故答案为：$\frac{{P}^{2}（{H}_{2}）•P（{C}_{4}{H}_{6}）}{P（{C}_{4}{H}_{10}）}$；增大；
（3）A、恒温恒容密闭容器说明容器体积不变，混合气体质量守恒，所以密度始终不变，密度不变不能说明反应达到平衡状态，故A选；
B、容器中$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{C}_{4}{H}_{10}）}$不再变化，说明各组分浓度不变，反应达到平衡状态，故B不选；
C、容器中丁二烯的浓度不再变化，说明各组分浓度都不变，反应达到平衡状态，故C不选；
D、容器中C₄H₈（g）体积分数不变，说明各组分浓度不变，反应达到平衡状态，故D不选；
故答案为：A．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、反应自发进行的条件、平衡状态的判断，题目难度不大．