Question

【题目】乙烯是一种重要的化工原料，可由乙烷为原料制取，回答下列问题。

（1）传统的热裂解法和现代的氧化裂解法的热化学方程式如下：

①C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) ΔH1=+136kJ·mol-1

②C2H6(g)+O2(g)=C2H4(g)+H2O(g) ΔH2=-110kJ·mol-1

已知反应相关的部分化学键键能数据如下：

化学键	H-H(g)	H-O(g)	O=O
键能(kJ·mol-1)	436	x	496

由此计算x=___，通过比较ΔH1和ΔH2，说明和热裂解法相比，氧化裂解法的优点是___(任写一点)。

（2）乙烷的氧化裂解反应产物中除了C2H4外，还存在CH4、CO、CO2等副产物(副反应均为放热反应)，图甲为温度对乙烷氧化裂解反应性能的影响。乙烷的转化率随温度的升高而升高的原因是___，反应的最佳温度为___(填序号)。

A.700℃ B.750℃ C.850℃ D.900℃

[乙烯选择性=；乙烯收率=乙烷转化率×乙烯选择性]

（3）烃类氧化反应中，氧气含量低会导致反应产生积炭堵塞反应管。图乙为的值对乙烷氧化裂解反应性能的影响。判断乙烷氧化裂解过程中的最佳值是___，判断的理由是___。

（4）工业上，保持体系总压恒定为100kPa的条件下进行该反应，通常在乙烷和氧气的混合气体中掺混惰性气体(惰性气体的体积分数为70%)，掺混惰性气体的目的是___。反应达平衡时，各组分的体积分数如下表：

组分	C2H6	O2	C2H4	H2O	其他物质
体积分数/%	2.4	1.0	12	15	69.6

计算该温度下的平衡常数：Kp=___(用平衡分压代替平衡浓度，平衡分压=总压×体积分数)。

Answer 1

【答案】465 氧化裂解反应是放热反应，节约能源(或氧化裂解反应热力学趋势上大) 温度升高，反应速率加快，转化率升高 C 2.0 比值小于2.0时，乙烯的收率降低；比值大于2.0时，乙烯的收率并未增加且产生更多的积炭，堵塞反应管 正反应是气体分子数增多的反应，恒压充入惰性气体相当于扩大容器体积，降低分压，有利于平衡正向移动 75(kPa)0.5

【解析】

(1)根据盖斯定律，得出H2(g)＋O2(g)=H2O(g)的反应热，再根据△H＝反应物的总键能生成物的总键能，可求出x的值；

(2)温度升高，化学反应速率加快，根据图象，随温度升高，乙烷的转换率越高；综合乙烯的转化率和选择性，图中即可对应找出最佳的反应温度；

(3)含氧量高，会造成积炭，要根据图象找出乙烯收率高而相对积炭少的点，即图中的比值为2时最佳；

(4)根据平衡常数与反应物、生成物的关系，并且将浓度关系转变为分压关系来解答。

(1)根据盖斯定律，②①得到：H2(g)＋O2(g)═H2O(g) △H＝246kJ/mol，根据键能关系△H＝反应物的总键能生成物的总键能＝436＋496/22x＝246，x＝465；由热化学方程式可以看出，热裂解法是吸热反应，需要消耗能源，氧裂解法是放热反应，不需要从外界得到能量，故答案为：465；氧化裂解反应是放热反应，节约能源(或氧化裂解反应热力学趋势上大)；

(2)由图可知，随温度的升高，乙烷的转化率在升高，考虑化学反应速率的影响因素，温度越高，反应速率越快；由图，要乙烷的转化率尽可能高，而副产物又相对较少，及乙烯的选择性较高，应找到乙烯收率较高时的温度，对应下温度在850左右，故答案为：温度升高，反应速率加快，转化率升高；C；

(3)由(2)分析可知，我们要选择乙烯收率较高的点，在图2中，比值小于2时，乙烯收率随比值增大在上升，比值大于2时，乙烯的收率并未增加，并且氧含量值在降低，会造成积炭，故答案为：2.0；比值小于2.0时，乙烯的收率降低；比值大于2.0时，乙烯的收率并未增加且产生更多的积炭，堵塞反应管；

(4)C2H6(g)＋O2(g)＝C2H4(g)＋H2O(g)反应是体积在增大的反应，充入惰性气体，总压恒定，分压就降低了，压强降低会促使反应向体积增大的方向移动，即正向移动。根据平衡常数的表达式Kp＝＝75(kPa)0.5，故答案为：75(kPa)0.5。