Question

15．丁烯是僅次于乙烯和丙烯的重要石油化工基本原料，目前已開發出丁烷脫氫制丁烯，Pt-Sn分子篩脫氫催化劑（催化劑L-78）是該過程常用的催化劑．
其反應原理為（反應Ⅰ）：C₄H₁₀（g）?C₄H₈（g）（丁烯）+H₂（g）△H₁
副反應為（反應Ⅱ）：C₄H₁₀（g）?C₄H₆（g）（丁二烯）+2H₂（g）△H₂
已知C₄H₁₀（g）、C₄H₈（g）、H₂（g）的標準燃燒熱（△H）為a kJ•mol^-1、b kJ•mol^-1、c kJ•mol^-1，a＜b＜c＜0，且a＞b+c．
（1）△H₁=（a-b-c）KJ/mol；反應Ⅰ能自發進行的條件是高溫．（填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）
（2）對于氣相反應，用某組分（B）的平衡壓強（Pa）代替物質的量濃度（c_B）也可表示平衡常數（記作Kp），則反應Ⅱ的Kp$\frac{{P}^{2}（{H}_{2}）•P（{C}_{4}{H}_{6}）}{P（{C}_{4}{H}_{10}）}$；已知△H₁＜△H₂，則隨著溫度升高，反應C₄H₈（g）（丁烯）?C₄H₆（g）（丁二烯）+H₂（g）的平衡常數增大（填“增大”、“減小”或“不變”）
（3）在某恒溫恒容密閉容器中發生反應Ⅰ和反應Ⅱ，則下列不能判斷兩反應已同時達到平衡的是（　　）
A．密閉容器中混合氣體的密度不變
B．容器中$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{C}_{4}{H}_{10}）}$不再變化
C．容器中丁二烯的濃度不再變化
D．容器中C₄H₈（g）體積分數不變．

Answer 1

分析 （1）寫出C₄H₁₀（g）、C₄H₈（g）、H₂（g）的標準燃燒熱的熱化學方程式，再利用蓋斯定求算△H₁；△H-T△S＜0的反應能夠自發進行；
（2）據化學平衡常數表達式，代入Pa可得；反應Ⅱ-反應Ⅰ可得反應C₄H₈（g）（丁烯）?C₄H₆（g）（丁二烯）+H₂（g），其△H=△H₂-△H₁，已知△H₁＜△H₂，所以△H＞0，反應吸熱，據此分析；
（3）反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各組分濃度保持不變，據此分析．

解答 解：（1）已知①C₄H₁₀（g）+6.5O₂（g）=4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=akJ/mol，②C₄H₈（g）+6O₂（g）=4CO₂（g）+4H₂O（l）△H=bkJ/mol，③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=ckJ/mol．據蓋斯定律①-②-③得：C₄H₁₀（g）?C₄H₈（g）（丁烯）+H₂（g）△H₁=（a-b-c）KJ/mol；反應Ⅰ能自發進行，說明其△H-T△S＜0，該反應的△s＞0，a＜b＜c＜0，且a＞b+c，說明△H₁＞0，改反應在高溫下能夠自發進行，故答案為：（a-b-c）KJ/mol；高溫；
（2）據化學平衡常數表達式，代入Pa后Kp=$\frac{{P}^{2}（{H}_{2}）•P（{C}_{4}{H}_{6}）}{P（{C}_{4}{H}_{10}）}$，反應Ⅱ-反應Ⅰ可得反應C₄H₈（g）（丁烯）?C₄H₆（g）（丁二烯）+H₂（g），其△H=△H₂-△H₁，已知△H₁＜△H₂，所以△H＞0，反應吸熱，升溫平衡正向移動，平衡常數增大，故答案為：$\frac{{P}^{2}（{H}_{2}）•P（{C}_{4}{H}_{6}）}{P（{C}_{4}{H}_{10}）}$；增大；
（3）A、恒溫恒容密閉容器說明容器體積不變，混合氣體質量守恒，所以密度始終不變，密度不變不能說明反應達到平衡狀態，故A選；
B、容器中$\frac{n（{H}_{2}）}{n（{C}_{4}{H}_{10}）}$不再變化，說明各組分濃度不變，反應達到平衡狀態，故B不選；
C、容器中丁二烯的濃度不再變化，說明各組分濃度都不變，反應達到平衡狀態，故C不選；
D、容器中C₄H₈（g）體積分數不變，說明各組分濃度不變，反應達到平衡狀態，故D不選；
故答案為：A．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、反應自發進行的條件、平衡狀態的判斷，題目難度不大．