Question

15．丙烷、乙烯等有机物在工业上有广泛的应用，回答下列问题：
（1）已知下图1为各组物质能量总和及相互间转化的能量关系，写出丙烷气体（C₃H₈）分解得到石墨（C）和氢气的热化学方程式C₃H₈（g）═3C（石墨，s）+4H₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃．

（2）在两个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]充入H₂和CO₂，在一定条件下发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H．CO₂的平衡转化率α（CO₂）与温度的关系如图2所示．
①此反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c（{C_2}{H_4}）•{c^4}（{H_2}O）}}{{{c^2}（C{O_2}）•{c^6}（{H_2}）}}$，P点对应温度下，K的值为64．
②该反应的△H＜（填“＞”“＜”或“=”）0，判断的理由是温度升高CO₂的平衡转化率减小，平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，正反应为放热反应．
③氢碳比：X＞（填“＞”“＜”或“=”）2.0．
④在氢碳比为2.0时，Q点v（逆）＜（填“＞”“＜”或“=”）P点的v（逆）．

Answer 1

分析 （1）根据能量变化示意图可知，△H=△H₁-（△H₂+△H₃）；
（2）①2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g），所以平衡常数K=$\frac{{c（{C_2}{H_4}）•{c^4}（{H_2}O）}}{{{c^2}（C{O_2}）•{c^6}（{H_2}）}}$；
由图可知，P点平衡时二氧化碳转化率为0.5，氢碳比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2，设起始时氢气为2mol/L、二氧化碳为1mol/L，则二氧化碳浓度变化量为0.5mol/L，则：
               2CO₂（g）+6H₂ （g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1        2         0          0
变化浓度（mol/L）：0.5      1.5       0.25        1
平衡浓度（mol/L）：0.5      0.5       0.25        1
代入平衡常数表达式计算K；
②升高温度，向吸热方向移动，根据转化率的变化来判断该反应是放热还是吸热，从而分析焓变；
③碳氢比越大，二氧化碳转化率越大；
④在氢碳比为2.0时，P点达平衡，Q点未达平衡，此时二氧化碳的转化率比平衡时小，说明此时要继续转化更多的二氧化碳，反应物浓度在减小，生成物浓度在增大，正反应速率在减小，逆反应速率在增大，所以此时逆反应速率比平衡时逆反应速率小．

解答 解：（1）根据能量变化示意图可知，丙烷气体（C₃H₈）分解得到石墨（C）和氢气的热化学方程式为：C₃H₈（g）═3C（石墨，s）+4H₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃，
故答案为：C₃H₈（g）═3C（石墨，s）+4H₂（g）△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（2）①2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g），所以平衡常数K=$\frac{{c（{C_2}{H_4}）•{c^4}（{H_2}O）}}{{{c^2}（C{O_2}）•{c^6}（{H_2}）}}$，
由图可知，P点平衡时二氧化碳转化率为0.5，氢碳比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2，设起始时氢气为2mol/L、二氧化碳为1mol/L，则二氧化碳浓度变化量为0.5mol/L，则：
               2CO₂（g）+6H₂ （g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1        2         0          0
变化浓度（mol/L）：0.5    1.5       0.25        1
平衡浓度（mol/L）：0.5      0.5       0.25        1
代入平衡常数表达式K=$\frac{{c（{C_2}{H_4}）•{c^4}（{H_2}O）}}{{{c^2}（C{O_2}）•{c^6}（{H_2}）}}$=$\frac{0.25×{1}^{4}}{0．{5}^{2}×0．{5}^{6}}$=64，
故答案为：$\frac{{c（{C_2}{H_4}）•{c^4}（{H_2}O）}}{{{c^2}（C{O_2}）•{c^6}（{H_2}）}}$；64；
②由图可知，随温度升高CO₂的平衡转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应越大，则正反应为放热反应，故△H＜0，
故答案为：＜；温度升高CO₂的平衡转化率减小，平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，正反应为放热反应；
③由图象可知X的碳氢比不等于2，在相同条件下反应达平衡时，二氧化碳的转化率增大了，说明是增大了氢气的量，提高二化碳的转化率，即碳氢比越大，二氧化碳转化率越大，
故答案为：＞；
④在氢碳比为2.0时，P点达平衡，Q点未达平衡，此时二氧化碳的转化率比平衡时小，说明此时要继续转化更多的二氧化碳，反应物浓度在减小，生成物浓度在增大，正反应速率在减小，逆反应速率在增大，所以此时逆反应速率比平衡时逆反应速率小，
故答案为：＜．

点评 本题考查热化学反应方程式的书写、化学平衡计算与影响因素、平衡常数、化学平衡图象等，侧重考查对图象的分析获取信息能力，有一定难度．