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=+136 kJ/mol

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

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(g)
键能( kJ/mol)	436	X	496

由此计算x=_________，通过比较△H1和△H2，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1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____________（填选项序号）。

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2为n(C2H6)/n(O2)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n(C2H6)/n(O2)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：

C2H6	O2	C2H4	H2O	其他物质
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;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 比值小于2时，乙烯的收率降低；比值大于2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 KP = 75

【解析】（1）②-①：O2(g)+ H2(g) = H2O(g) ΔH=-246 kJ/mol，H-H(g)= 436 kJ/mol, H-O(g)= X

O=O(g)= 496 kJ/mol由此计算x= 465 kJ/mol，

通过比较△H1和△H2，说明和热裂解法相比，氧化裂解法的优点是氧化裂解反应是放热反应，节约能源;氧化裂解反应热力学趋势上大。

（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,因为副反应均为放热反应升高温度，不利于副产物的生成；因为乙烯选择性=，所以由图知温度升高，反应速率加快，转化率升高为；由图观察温度在850℃和900℃之间，乙烷的转化率都比较大，乙烯收率较高和乙烯选择性较，所以，选择850℃较好，答案：温度升高，反应速率加快，转化率升高 C。

（3）由图2观察知n(C2H6)/n(O2)<2时，乙烯的收率降低；比值大于2时，乙烯的收率并未增加且产生更多的积炭，堵塞反应管,所以当n(C2H6)/n(O2)=2时最佳值。答案2 比值小于2时，乙烯的收率降低；比值大于2时，乙烯的收率并未增加且产生更多的积炭，堵塞反应管。

（4）由C2H6(g)+ O2(g)= C2H4(g)+H2O(g) ΔH2=-110 kJ/mol，知正反应是气体分子数增多的反应，工业上，保持体系总压恒定为100kPa的条件下进行该反应，如果在乙烷和氧气的混合气体中掺混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，提高反应物的转化率。

因为总压恒定为100kPa，

C2H6(g) +O2(g) = C2H4(g)+ H2O(g)

平衡量2.4% 1.0% 12% 15%kPa

该温度下的平衡常数就是反应达到平衡时Kp=生成物浓度幂次方的乘积比反应物浓度幂次方的乘积，所以Kp= =75

答案：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