Question

【题目】（14分）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备．回答下列问题：
（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1﹣丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：
①C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）△H1
已知：②C4H10（g）+ O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）△H2=﹣119kJmol﹣1
③H2（g）+ O2（g）=H2O（g）△H3 =﹣242kJmol﹣1
反应①的△H1为 kJmol﹣1 ． 图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是（填标号）．
A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强

（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等．图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系．图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是 ．
（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物．丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是、；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是 ．

Answer 1

【答案】
（1）+123；小于；AD
（2）原料中过量H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯产率下降
（3）升高温度时，反应速率加快，单位时间内产生丁烯更多；590℃前升高温度，反应①平衡正向移动；高温则有更多的丁烷裂解生成副产物导致产率降低
【解析】解：（1）②C4H10（g）+ O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）△H2=﹣119kJmol﹣1
③H2（g）+ O2（g）=H2O（g）△H3=﹣242kJmol﹣1
②﹣③得C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）△H1=+123kJmol﹣1
由a图可知温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷转化率增大，即平衡正向移动，该反应是气体体积增大的反应，所以x的压强更小，x＜0.1；
由于反应①为吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，反应①正向进行时体积增大，减压时平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此AD正确，
故答案为：+123；小于；AD；（2）丁烷分解产生丁烯和氢气，一开始充入氢气是为活化催化剂，同时氢气作为反应①的产物，增大氢气的量会促使平衡逆向移动，从而减少平衡体系中的丁烯的含量，使丁烯的产率降低，
故答案为：原料中过量H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯产率下降；（3）590℃之前，温度升高时反应速率加快，单位时间内生成的丁烯会更多，同时由于反应①是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯；
而温度超过590℃时，由于丁烷高温会裂解生成短链烃类，所以参加反应①的丁烷也就相应减少，产率下降，
故答案为：升高温度时，反应速率加快，单位时间产生丁烯更多；590℃前升高温度，反应①平衡正向移动；高温则有更多的丁烷裂解生成副产物导致产率降低．
（1）根据盖斯定律，②式﹣③式可得①式的△H1；
由a图定温度，压强由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，结合反应前后气体体积的变化分析x；
要使丁烯的平衡产率增大，需通过改变温度和压强使平衡正向移动；（2）丁烷分解产生丁烯和氢气，增加氢气的量会促使平衡逆向移动，丁烯的产率下降；（3）升温速率加快，单位时间内生成丁烯更多，升温反应①平衡正向移动，丁烯产率增加；
由题中信息可知丁烷高温会裂解生成短链烃类，所以当温度超过590℃时，部分丁烷裂解导致产率降低．