Question

【题目】丙烯是重要的有机化工原料，丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义。反应原理如下：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) △H1

(1)一定温度下，向 10 L 恒容密闭容器中充入 2 mol C3H8 发生反应，经过 10 min达到平衡状态，测得平衡时气体压强是开始的 1.75 倍。

①0 ～ 10 min内丙烯的生成速率υ(C3H6) =_________，C3H8 的平衡转化率为__________。

②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是___________。

A．气体密度保持不变 B．[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)保持不变

C．△H1 保持不变 D．C3H8 分解速率与 C3H6 消耗速率相等

(2)总压强分别为 p1 和 p2 时，上述反应在不同温度下达到平衡，测得丙烷及丙烯的物质的量分数如下图所示：

①压强：p1_____(填“>”或“<”)p2。

②为了提高反应速率和反应物的转化率，可采取的措施是_____。

③若 p1 = 0.1 MPa，起始时充入一定量的丙烷发生反应，计算 Q 点对应温度下该反应的平衡常数 Kp =_____(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)

④在 0.1 MPa、527℃条件下，向恒容密闭容器中通入丙烷和稀有气体，发生丙烷脱氢反应，随着的增加，丙烷脱氢转化率逐渐增大。试解释原因__________________________。

(3)在实际生产中，还可能存在如下副反应：

C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) △H3

C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

则△H3=_____。

Answer 1

【答案】0.015mol·L-1·min-1 或 0.015mol/(L·min) 75% B D > 升高温度 0.0125MPa 该反应是气体分子数增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率 -136.5 kJ/mol

【解析】

(1) ①根据方程式可知：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) 列出三段式，利用已知条件求出转化量和平衡量， 根据υ=求反应速率；根据转化率=×100%，求转化率；

②根据化学平衡特征判断是否达到平衡状态；

（2）①由图可知，温度一定时，p1时丙烷的物质的量分数大于时p2，由方程式可知，压强越大，平衡逆向移动，丙烷的物质的量分数越大，所以压强：p1>p2；

②由图可知，随着温度升高，丙烷的物质的量分数降低，说明升高温度平衡向正反应方向进行，反应速率和反应物的转化率都增大；

③根据方程式可知：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) 列出三段式，利用已知条件求出平衡时各物质的物质的量分数，进一步求出分压，再根据Kp =求出平衡常数；

④由反应方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知，该反应是气体分子数增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率，

(3)将反应编号，根据盖斯定律，△H3=△H4-△H2 =-54.8 kJ/mol-81.7 kJ/mol=-136.5 kJ/mol。

(1) 根据方程式可知：
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始量（mol） 2 0 0

变化量（mol） x x x

平衡量 （mol） 2-x x x

根据阿伏加德罗定律：等温等容条件下，气体压强之比等于物质的量之比，则：

=1.75，解得：x=1.5，

①0 ～ 10 min 内丙烯的生成速率 υ(C3H6) == 0.015mol·L-1·min-1，

C3H8 的平衡转化率为=×100%=75%，

②A．气体总质量和容积不变，所以气体密度始终保持不变，故其他密度保持不变不能说明达到平衡状态；

B．[c(C3H6)·c(H2)]/c(C3H8)即化学平衡常数，若保持不变，则说明达到平衡状态；

C．该反应的焓变是常量，焓变保持不变不能说明达到平衡状态；

D．C3H8 分解速率与 C3H6 消耗速率相等表示正逆反应速率相等，则说明达到平衡状态；

故选BD，

因此，本题正确答案为：0.015mol·L-1·min-1 或 0.015mol/(L·min) ；75% ；B D；

（2）①由图可知，温度一定时，p1时丙烷的物质的量分数大于时p2，由方程式可知，压强越大，平衡逆向移动，丙烷的物质的量分数越大，所以压强：p1>p2；

②由图可知，随着温度升高，丙烷的物质的量分数降低，说明升高温度平衡向正反应方向进行，反应速率和反应物的转化率都增大；

③假设起始时丙烷的物质的量为1mol，根据方程式可知：
C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)

起始量（mol） 1 0 0

变化量（mol） y y y

平衡量 （mol） 1-y y y

Q点：丙烷的物质的量分数为50%，则1-y=0.5(1+y)，解得y=，则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g) 平衡时的物质的量分数分别为：、、，

则Q 点对应温度下该反应的平衡常数 Kp ===0.0125MPa，

④由反应方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知，该反应是气体分子数增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率，

因此，本题正确答案为：> ；升高温度；0.0125MPa；该反应是气体分子数增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率；

(3)将反应编号： ②C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) △H2 = +81.7 kJ/mol

③C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) △H3

④C3H8(g) +H2(g)CH4(g)+C2H6(g) △H4 = -54.8 kJ/mol

根据盖斯定律，④-②=③，则△H3=△H4-△H2 =-54.8 kJ/mol-81.7 kJ/mol=-136.5 kJ/mol，

因此，本题正确答案为：-136.5 kJ/mol。