Question

6．丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備．回答下列問題：
（1）正丁烷（C₄H₁₀）脫氫制1-丁烯（C₄H₈）的熱化學方程式如下：
①C₄H₁₀（g）=C₄H₈（g）+H₂（g）△H₁
已知：②C₄H₁₀（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=C₄H₈（g）+H₂O（g）△H₂=-119kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H_{3 ^=-}242kJ•mol^-1
反應①的△H₁為+123 kJ•mol^-1．圖（a）是反應①平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x小于0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應采取的措施是AD（填標號）．
A．升高溫度B．降低溫度C．增大壓強D．降低壓強

（2）丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器（氫氣的作用是活化催化劑），出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等．圖（b）為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n（氫氣）/n（丁烷）的關系．圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是原料中過量H₂會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯產(chǎn)率下降．
（3）圖（c）為反應產(chǎn)率和反應溫度的關系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物．丁烯產(chǎn)率在590℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是升高溫度時，反應速率加快，單位時間內產(chǎn)生丁烯更多、590℃前升高溫度，反應①平衡正向移動；590℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是高溫則有更多的丁烷裂解生成副產(chǎn)物導致產(chǎn)率降低．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，②式-③式可得①式的△H₁；
由a圖定溫度，壓強由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉化率增大，即平衡正向移動，結合反應前后氣體體積的變化分析x；
要使丁烯的平衡產(chǎn)率增大，需通過改變溫度和壓強使平衡正向移動；
（2）丁烷分解產(chǎn)生丁烯和氫氣，增加氫氣的量會促使平衡逆向移動，丁烯的產(chǎn)率下降；
（3）升溫速率加快，單位時間內生成丁烯更多，升溫反應①平衡正向移動，丁烯產(chǎn)率增加；
由題中信息可知丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以當溫度超過590℃時，部分丁烷裂解導致產(chǎn)率降低．

解答 解：（1）②C₄H₁₀（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=C₄H₈（g）+H₂O（g）△H₂=-119kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1
②-③得C₄H₁₀（g）=C₄H₈（g）+H₂（g）△H₁=+123kJ•mol^-1
由a圖可知溫度相同時，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷轉化率增大，即平衡正向移動，該反應是氣體體積增大的反應，所以x的壓強更小，x＜0.1；
由于反應①為吸熱反應，溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，反應①正向進行時體積增大，減壓時平衡正向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此AD正確，
故答案為：+123；小于；AD；
（2）丁烷分解產(chǎn)生丁烯和氫氣，一開始充入氫氣是為活化催化劑，同時氫氣作為反應①的產(chǎn)物，增大氫氣的量會促使平衡逆向移動，從而減少平衡體系中的丁烯的含量，使丁烯的產(chǎn)率降低，
故答案為：原料中過量H₂會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯產(chǎn)率下降；
（3）590℃之前，溫度升高時反應速率加快，單位時間內生成的丁烯會更多，同時由于反應①是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡體系中會含有更多的丁烯；
而溫度超過590℃時，由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類，所以參加反應①的丁烷也就相應減少，產(chǎn)率下降，
故答案為：升高溫度時，反應速率加快，單位時間產(chǎn)生丁烯更多；590℃前升高溫度，反應①平衡正向移動；高溫則有更多的丁烷裂解生成副產(chǎn)物導致產(chǎn)率降低．

點評 本題考查蓋斯定律以及化學平衡的影響因素，為高頻考點，把握圖象分析溫度、壓強對平衡移動的影響為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，注意化學平衡在實際生產(chǎn)中的應用，題目難度不大．