Question

【題目】丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題：

（1）正丁烷（C4H10）脫氫制1-丁烯（C4H8）的熱化學方程式如下：

①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1

已知：②C4H10(g)+ O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1

③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1

反應①的ΔH1為________ kJ·mol-1。圖（a）是反應①平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x_____________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡產率提高，應采取的措施是__________（填標號）。

A．升高溫度 B．降低溫度 C．增大壓強 D．降低壓強

（2）丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器（氫氣的作用是活化催化劑），出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖（b）為丁烯產率與進料氣中n（氫氣）/n（丁烷）的關系。圖中曲線呈現先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是___________。

（3）圖（c）為反應產率和反應溫度的關系曲線，副產物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產率在590℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯產率快速降低的主要原因可能是_____________。

Answer 1

【答案】 +123kJ·mol－1 < AD 氫氣是產物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大 升高溫度有利于反應向吸熱方向進行 溫度升高反應速率加快 丁烯高溫裂解生成短鏈烴類

【解析】（1）根據蓋斯定律，用②式-③式可得①式，因此△H1=△H2-△H3=-119 kJ/mol +242 kJ/mol =+123kJ/mol。由a圖可以看出，溫度相同時，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉化率增大，即平衡正向移動，根據反應前后氣體系數之和，反應前氣體系數小于反應后氣體系數之和，因此減小壓強，平衡向正反應方向移動，即x<0.1。提高丁烯的產率，要求平衡向正反應方向移動，A、因為反應①是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，即丁烯轉化率增大，故A正確；B、降低溫度，平衡向逆反應方向移動，丁烯的轉化率降低，故B錯誤；C、反應前氣體系數之和小于反應后氣體系數之和，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，丁烯的轉化率降低，故C錯誤；D、根據C選項分析，降低壓強，平衡向正反應方向移動，丁烯轉化率提高，故D正確；（2）因為通入丁烷和氫氣，發生①，氫氣是生成物，隨著n(H2)/n(C4H10)增大，相當于增大氫氣的量，反應向逆反應方向進行，逆反應速率增加；（3）根據圖(c)，590℃之前，溫度升高時反應速率加快，生成的丁烯會更多，同時由于反應①是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡體系中會含有更多的丁烯。而溫度超過590℃時，由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以參加反應①的丁烷也就相應減少。