Question

【题目】丙烯是一种重要的化工原料，可通过丁烯催化裂解或丁烯与甲醇耦合制备。

Ⅰ．丁烯催化裂解生产丙烯的反应方程式是2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)。

(1)已知C4H8、C3H6、C2H4的燃烧热分别为2710.0 kJmol－1、2050.0 kJmol－1、1410.0 kJmol－1，则该反应的ΔH＝_______ kJmol－1。下列操作既能提高C4H8的平衡转化率，又能加快反应速率的是_________。

A．升高温度 B．增大压强

C．增大C4H8的浓度 D．使用更高效的催化剂

(2)某温度下，在体积为2 L的刚性密闭容器中充入2.00 mol C4H8进行上述反应，容器内的总压强p随时间t的变化如下表所示：

反应时间t/min	0	2	4	6	8	10	12
总压强p/kPa	4.00	4.51	4.80	4.91	4.96	5.00	5.00

则0~10 min内υ(C4H8)＝_______ molL－1min－1，该温度下的平衡常数K＝_______kPa（用气体的分压表示）。

Ⅱ．将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯，主要涉及下列反应：

① 2C4H8(g)2C3H6(g)+ 2H4(g) ΔH＞0

② 2CH3OH(g)C2H4(g) + 2H2O(g) ΔH＜0

③ C2H4(g)+ C4H8(g)2C3H6(g) ΔH＜0

已知：甲醇吸附在催化剂上，可以活化催化剂；甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化。

(3)图1是C3H6及某些副产物的产率与n(CH3OH)/n(C4H8)的关系曲线。最佳的n(CH3OH)/n(C4H8)约为_________。

(4)图2是某压强下，将CH3OH和C4H8按一定的物质的量之比投料，反应达到平衡时C3H6的体积分数随温度的变化曲线。由图可知平衡时C3H6的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低，其原因可能是__________________________________________________。

(5)下列有关将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯的说法正确的是________。

A．增大甲醇的通入量一定可以促进丁烯裂解

B．甲醇转化生成的水可以减少催化剂上的积碳，延长催化剂的寿命

C．提高甲醇与丁烯的物质的量的比值不能提高丙烯的平衡组成

D．将甲醇转化引入丁烯的裂解中，可以实现反应热效应平衡，降低能耗

Answer 1

【答案】＋90.0 A 0.0500 1 1 300~500℃时，丁烯裂解（反应①）为主要反应，是吸热反应，升高温度，平衡正移，使C3H6的体积分数增大；温度高于500℃时，反应②③均为主要反应，是放热反应，升高温度，平衡逆移，使C3H6的体积分数降低，同时温度升高易发生副反应，C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、C5＋等，使C3H6的体积分数降低 BD

【解析】

Ⅰ．（1）已知：C4H8、C3H6、C2H4的燃烧热分别为2710.0 kJmol－1、2050.0 kJmol－1、1410.0 kJmol－1，则：①C4H8（g）+6O2（g）═4CO2（g）+4H2O（l）△H1=-2710.0kJ·mol－1；②2C3H6（g）+9O2（g）═3CO2（g）+3H2O（l）△H2=-4100.0kJ·mol－1；③C2H4（g）+3O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H3=-1410.0kJ·mol－1；根据盖斯定律，①×2-②-③可得：2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)，即可计算△H；再结合影响反应速率的因素和平衡的移动分析判断；

(2)在恒温恒容的密闭容器中，压强与气体的总物质的量成正比，当反应进行到10min时达到平衡，此时容器内气体总物质的量为2mol×=2.5mol，设反应生成的C2H4(g)的物质的量为nmol，则：

2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)

起始物质的量（mol） 2 0 0

变化物质的量（mol） 2n 2n n

平衡物质的量（mol） 2-2n 2n n

则（2-2n）+2n+n=2.5，解得：n=0.5；结合反应速率和平衡常数公式进行计算；

Ⅱ．(3)根据图1分析C3H6产率最高时n(CH3OH)/n(C4H8)的比值；

(4)结合温度对反应速率的影响和对反应①②③平衡时的影响分析；

(5)结合平衡移动原理逐一分析判断各选项。

Ⅰ．（1）已知：C4H8、C3H6、C2H4的燃烧热分别为2710.0 kJmol－1、2050.0 kJmol－1、1410.0 kJmol－1，则：①C4H8（g）+6O2（g）═4CO2（g）+4H2O（l）△H1=-2710.0kJ·mol－1；②2C3H6（g）+9O2（g）═3CO2（g）+H2O（l）△H2=-4100.0kJ·mol－1；③C2H4（g）+3O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H3=-1410.0kJ·mol－1；根据盖斯定律，①×2-②-③×2可得：2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)，则此反应的△H=（-2710.0kJ·mol－1）×2-（-4100.0kJ·mol－1）-（-1410.0kJ·mol－1）=＋90.0kJ·mol－1；

A．升高温度，反应速率加快，且平衡向正反应方向移动，能提高C4H8的平衡转化率，故A正确；B．增大压强，反应速率加快，但平衡向逆反应方向移动，降低C4H8的平衡转化率，故B错误；C．增大C4H8的浓度，反应速率加快，但C4H8的平衡转化率降低，故C错误；D．使用更高效的催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，不影响C4H8的平衡转化率，故D错误；故答案为A；

(2)在恒温恒容的密闭容器中，压强与气体的总物质的量成正比，当反应进行到10min时达到平衡，此时容器内气体总物质的量为2mol×=2.5mol，设反应生成的C2H4(g)的物质的量为nmol，则：

2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)

起始物质的量（mol） 2 0 0

变化物质的量（mol） 2n 2n n

平衡物质的量（mol） 2-2n 2n n

则（2-2n）+2n+n=2.5，解得：n=0.5；

故0~10 min内υ(C4H8)＝mol·L－1·min－1=0.0500mol·L－1·min－1；该温度下的平衡常数K＝=1kPa；

Ⅱ．(3)由图1可知当n(CH3OH)/n(C4H8)约为1时C3H6的产率是最高；

(4)由图2可知，300~500℃时，丁烯裂解(反应①)为主要反应，是吸热反应，升高温度，平衡正移，使C3H6的体积分数增大；温度高于500℃时，反应②③均为主要反应，是放热反应，升高温度，平衡逆移，使C3H6的体积分数降低，同时温度升高易发生副反应，C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、C5＋等，使C3H6的体积分数降低。

(5)A．反应②中生成的C2H4抑制反应①中C4H8(g)的分解，则增大甲醇的通入量不一定可以促进丁烯裂解，故A错误；B．碳和水在高温度下生成CO和H2，则甲醇转化生成的水可以减少催化剂上的积碳，延长催化剂的寿命，故B正确；C．反应②中生成的C2H4促进反应③中C4H8(g)转化为C3H6(g)，有利于提高丙烯的产量，则适当提高甲醇与丁烯的物质的量的比值可以提高丙烯的平衡组成，故C错误；D．反应②中提高甲醇的量，可利用反应放出的热量促进反应①平衡正向移动，达到反应热效应平衡，降低能耗效果，故D正确；故答案为BD。