Question

【題目】丙烯是重要的有機化工原料，丙烷脫氫制丙烯具有顯著的經濟價值和社會意義。回答下列問題：

（1）已知：I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) H=-238kJ·mol-1

II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=-484kJ·mol-1

則丙烷脫氫制丙烯反應C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的H為__。

（2）一定溫度下，向恒容密閉容器中充入1molC3H8，開始壓強為pkPa，發生丙烷脫氫制丙烯反應。

①下列情況能說明丙烷脫氫制丙烯反應達到平衡狀態的是__(填字母)。

A. 該反應的焓變(H)保持不變

B. 氣體平均摩爾質量保持不變

C. 氣體密度保持不變

D. C3H8分解速率與C3H6消耗速率相等

②丙烷脫氫制丙烯反應過程中，C3H8的氣體體積分數與反應時間的關系如圖a所示。此溫度下該反應的平衡常數Kp=__kPa(用含字母p的代數式表示，Kp是用反應體系中氣體物質的分壓表示的平衡常數，平衡分壓=總壓×物質的量分數)。

③已知上述反應中，v正=k正·p(C3H8)，v逆=k逆·p(C3H6)p(H2)，其中k正、k逆為速率常數，只與溫度有關，則圖a中m點處=_。

（3）保持相同反應時間，在不同溫度下，丙烯產率如圖b所示，丙烯產率在425℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是__、__；425℃之后，丙烯產率快速降低的主要原因可能是__。

Answer 1

【答案】+123kJ/mol BD 0.9P 5.4 溫度升高反應速率加快 升高溫度有利于反應向吸熱方向進行 催化劑失活，反應速率迅速減小或者發生副反應，丙烷分解成其他產物

【解析】

(1)根據已知熱化學方程式和蓋斯定律進行計算；

(2)①容器的容積不變，該反應C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應為氣體物質的量增大的反應，達到化學平衡狀態時正逆反應速率相等，各物質的量、濃度等保持不變，以及衍生出來的一些量也不變，但一定得是“變化的量”不變了，才可作為判斷平衡的標志；

②根據達到平衡時，丙烷的體積分數為25%，列出三段式計算平衡時各氣體的物質的量分數，進而計算分壓，再計算Kp；

③先根據當反應達到平衡時，v正=v逆，即k正·p(C3H8)= k逆·p(C3H6)p(H2)，計算，再根據m點處，丙烷的體積分數為50%，列出三段式計算此時各氣體的物質的量分數，再計算分壓，進而計算；

(3)該反應C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應為吸熱反應，結合圖像分析，溫度對反應速率和平衡、催化劑等的影響進行分析。

(1)已知熱化學方程式：I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) H=-238kJ·mol-1，II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=-484kJ·mol-1，根據蓋斯定律可知，(I-II)可得目標方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，則，故答案為：+123kJ/mol；

(2)①容器的容積不變，該反應C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應為氣體物質的量增大的反應，

A. 該反應的焓變(H)為一定值，無論反應是否達到平衡，始終保持不變，則該反應的焓變(H)保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故A不符合；

B. 混合氣體的總質量不變，隨著反應的進行，氣體物質的量增大，則氣體平均摩爾質量會減小，則當氣體平均摩爾質量保持不變時，能說明反應達到平衡狀態，故B符合；

C. 混合氣體的總質量不變，容器的容積不變，則氣體密度為一定值，始終保持不變，則氣體密度保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故C不符合；

D. C3H8的分解速率為正反應速率，C3H6的消耗速率為逆反應速率，二者相等，則C3H8的分解速率與C3H8的生成速率相等，說明正逆反應速率相等，能說明反應達到平衡狀態，故D符合；故答案為：BD；

②由圖可知達到平衡時，丙烷的體積分數為25%，設丙烷的轉化量為xmol，可列出三段式（單位為：mol）：

，則丙烷的體積分數為，解得x=0.6，則平衡時氣體總物質的量為1.6mol，根據恒溫恒容時，壓強之比等于物質的量之比可得，平衡時，氣體的總壓強為1.6pkPa，丙烯的物質的量分數、氫氣的物質的量分數均為，則p(C3H8)=，p(C3H6)=p(H2)=，則，

故答案為：0.9P；

③當反應達到平衡時，v正=v逆，即k正·p(C3H8)= k逆·p(C3H6)p(H2)，則，m點處，丙烷的體積分數為50%，設丙烷的轉化量為xmol，可列出三段式（單位為：mol）：

，則丙烷的體積分數為，解得x=，則此時氣體總物質的量為，根據恒溫恒容時，壓強之比等于物質的量之比可得，此時氣體的總壓強為，丙烯的物質的量分數、氫氣的物質的量分數均為，則p(C3H8)=，p(C3H6)=p(H2)=，則，故答案為：5.4；

(3)該反應C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應為吸熱反應，保持相同反應時間，425℃之前，溫度越高反應速率越快，溫度越高，平衡正向移動程度越大，丙烯產率越大；425℃之后，丙烯產率快速降低，可能是溫度過高，導致催化劑失活，反應速率迅速減小或者發生副反應，丙烷分解成其他產物，故答案為：溫度升高反應速率加快；升高溫度有利于反應向吸熱方向進行；催化劑失活，反應速率迅速減小或者發生副反應，丙烷分解成其他產物。