Question

4．丙烷制备丙烯已成为制备丙烯的重要方法之一．
方法 I：丙烷脱氢制丙烯：
①C₃H₈（g）$?_{△}^{催化剂}$  C₃H₆（g）+H₂（g）△H₁
方法 II：丙烷氧化脱氢制丙烯：（投料为C₃H₈和CO₂）
②C₃H₈（g）+CO₂（g） $?_{△}^{催化剂}$   C₃H₆（g）+CO（g）+H₂O（g）△H₂=165kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g） $?_{△}^{催化剂}$  CO（g）+H₂O（g）△H₃=41kJ•mol^-1
已知：

化学键	C-H	C-C	C═C	H-H
键能/kJ•mol-1	412	348	612	436

（1）计算△H₁=124kJ•mol^-1
（2）模拟方法 I制丙烯，在体积可变的反应器中，恒温，维持体系总压强恒定为0.1MPa，加入1mol C₃H₈（g）时体积为50L，再加入8.5mol水蒸汽作为稀释剂，反应t分钟达到平衡，测得丙烷0.5mol，已知：分压=物质的量分数×总压强．
①计算该温度下反应I的平衡常数K=0.005MPa（K_P）或0.001（K_C）．
②常压下，温度为600K～1000K，水烃比M=10（水烃比是指投料中水蒸汽和丙烷的物质的量之比）时丙烷脱氢平衡转化率与温度变化的曲线如图1，在图1中画出水烃比M=8时的曲线．
（3）模拟方法 II制丙烯，在恒温恒容条件下充入物质的量之比为1：1的丙烷和二氧化碳气体，一段时间后达到平衡，则下列可以判断容器内反应体系达到平衡的是AB．
A．v_正（C₃H₈）=v_逆（C₃H₆）    B．平均相对分子质量不再变化
C．气体密度不再变化               D．丙烷和二氧化碳的物质的量比值不再变化
（4）在相同条件下模拟方法 I与方法 II，测得丙烷的平衡转化率与温度的关系如图2所示，图2中方法 II对应的曲线是M（填“M”或“N”），从化学平衡的角度解释丙烷平衡转化率M高于N的原因方法 II 可看成是发生反应①和反应③，由于反应③会消耗氢气，使得反应①的化学平衡向右移动．

（5）恒温，密闭容器中投入丙烷发生反应①，某压强下反应t时刻后测得丙烷的转化率，然后保持其它初始实验条件不变，分别在不同压强下，重复上述实验，经过相同时间测得丙烷的转化率随压强变化趋势图可能图3中的是ACD．

Answer 1

分析 （1）焓变等于反应物总键能-生成物总键能；
（2）①恒温恒压条件下，体积与物质的量成正比，加入1mol C₃H₈（g）时体积为50L，达到平衡状态时丙烷0.5mol，则参加反应的n（C₃H₈）=n（C₃H₆）=n（H₂）=1mol-0.5mol=0.5mol，平衡时混合气体总物质的量=（0.5mol+0.5mol+0.5mol+8.5mol）=10mol，平衡状态时容器体积=$\frac{10mol}{1mol}×$50L=500L，则平衡时c（C₃H₈）=c（C₃H₆）=c（H₂）=$\frac{0.5mol}{500L}$=0.001mol/L，
化学平衡常数Kc=$\frac{c（{C}_{3}{H}_{6}）．c（{H}_{2}）}{c（{C}_{3}{H}_{8}）}$；
平衡时P（C₃H₈）=P（C₃H₆）=P（H₂）=$\frac{0.5mol}{10mol}$×0.1MPa=0.005MPa，
化学平衡常数Kp=$\frac{P（{C}_{3}{H}_{6}）．P（{H}_{2}）}{P（{C}_{3}{H}_{8}）}$；
②根据图知，升高温度丙烷脱氢率增大，说明该反应是吸热反应，水烃比减小，丙烷的脱氢率减小，升高温度平衡正向移动；
（3）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量都不变；
（4）反应①+反应③得到反应②，生成物浓度降低平衡正向移动；
（5）该反应前后气体物质的量增大，在没有达到平衡之前，平衡正向移动，反应物转化率增大，达到平衡状态后增大压强平衡逆向移动，丙烷的转化率降低．

解答 解：（1）焓变等于反应物总键能-生成物总键能=8×412kJ/mol+2×348kJ/mol-6×312kJ/mol-348kJ/mol-612kJ/mol-436kJ/mol=124kJ/mol，
故答案为：+124；
（2）①恒温恒压条件下，体积与物质的量成正比，加入1mol C₃H₈（g）时体积为50L，达到平衡状态时丙烷0.5mol，则参加反应的n（C₃H₈）=n（C₃H₆）=n（H₂）=1mol-0.5mol=0.5mol，平衡时混合气体总物质的量=（0.5mol+0.5mol+0.5mol+8.5mol）=10mol，平衡状态时容器体积=$\frac{10mol}{1mol}×$50L=500L，则平衡时c（C₃H₈）=c（C₃H₆）=c（H₂）=$\frac{0.5mol}{500L}$=0.001mol/L，
化学平衡常数Kc=$\frac{c（{C}_{3}{H}_{6}）．c（{H}_{2}）}{c（{C}_{3}{H}_{8}）}$=$\frac{0.001×0.001}{0.001}$=0.001；
平衡时P（C₃H₈）=P（C₃H₆）=P（H₂）=$\frac{0.5mol}{10mol}$×0.1MPa=0.005MPa，
化学平衡常数Kp=$\frac{P（{C}_{3}{H}_{6}）．P（{H}_{2}）}{P（{C}_{3}{H}_{8}）}$=$\frac{0.005MPa×0.005MPa}{0.005MPa}$=0.005MPa，
故答案为：K_P=0.005MPa或K_C=0.001；
②根据图知，升高温度丙烷脱氢率增大，说明该反应是吸热反应，水烃比减小，丙烷的脱氢率减小，升高温度平衡正向移动，丙烷脱氢率增大，所以其图象为，
故答案为：；
（3）A．v_正（C₃H₈）=v_逆（C₃H₆）=v_逆（C₃H₈），正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确； B．反应前后气体总物质的量增大、总质量不变，则反应前后平均相对分子质量减小，当混合气体平均相对分子质量不变时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
C．反应前后总质量、容器体积都不变，则气体密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
D．丙烷和二氧化碳的物质的量比值始终不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
故选AB；
（4）方法 II 可看成是发生反应①和反应③，由于反应③会消耗氢气，使得反应①的化学平衡向右移动，所以丙烷去除率增大，则M是方法 II对应的曲线，
故答案为：M；方法 II 可看成是发生反应①和反应③，由于反应③会消耗氢气，使得反应①的化学平衡向右移动；
（5）该反应前后气体物质的量增大，在没有达到平衡之前，平衡正向移动，反应物转化率增大，达到平衡状态后增大压强平衡逆向移动，丙烷的转化率降低，所以符合的图形有ACD，
故答案为：ACD．

点评 本题考查化学平衡计算及化学平衡移动影响因素，为高频考点，侧重考查学生分析判断、计算能力，难点是化学平衡常数计算及（5）题分析，注意（5）题中曲线可能是平衡后增大压强时变化曲线，或平衡前增大压强变化曲线，题目难点中等．