Question

【題目】研究氧化制對資源綜合利用有重要意義。相關的主要化學反應有：

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

已知：時，相關物質的相對能量(如圖1)。

可根據相關物質的相對能量計算反應或變化的(隨溫度變化可忽略)。例如： 。

請回答：

(1)①根據相關物質的相對能量計算_____。

②下列描述正確的是_____

A 升高溫度反應Ⅰ的平衡常數增大

B 加壓有利于反應Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移動

C 反應Ⅲ有助于乙烷脫氫，有利于乙烯生成

D 恒溫恒壓下通水蒸氣，反應Ⅳ的平衡逆向移動

③有研究表明，在催化劑存在下，反應Ⅱ分兩步進行，過程如下：，且第二步速率較慢(反應活化能為)。根據相關物質的相對能量，畫出反應Ⅱ分兩步進行的“能量-反應過程圖”，起點從的能量，開始(如圖2)_____

。

(2)①和按物質的量1:1投料，在和保持總壓恒定的條件下，研究催化劑X對“氧化制”的影響，所得實驗數據如下表：

催化劑	轉化率	轉化率	產率
催化劑X	19.0	37.6	3.3

結合具體反應分析，在催化劑X作用下，氧化的主要產物是______，判斷依據是_______。

②采用選擇性膜技術(可選擇性地讓某氣體通過而離開體系)可提高的選擇性(生成的物質的量與消耗的物質的量之比)。在，乙烷平衡轉化率為，保持溫度和其他實驗條件不變，采用選擇性膜技術，乙烷轉化率可提高到。結合具體反應說明乙烷轉化率增大的原因是_____。

Answer 1

【答案】430 AD 的產率低，說明催化劑X有利于提高反應Ⅲ速率 選擇性膜吸附，促進反應Ⅱ平衡正向移動

【解析】

根據題中信息用相對能量求反應熱；根據平衡移動原理分析溫度、壓強和反應物的濃度對化學平衡的影響，并作出相關的判斷；根據相關物質的相對能量和活化能算出中間產物、過渡態和最終產物的相對能量，找到畫圖的關鍵數據；催化劑的選擇性表現在對不同反應的選擇性不同；選擇性膜是通過吸附目標產品而提高目標產物的選擇性的，與催化劑的選擇性有所區別。

(1)①由圖1的數據可知，C2H6(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的相對能量分別為-84kJmol-1、-393 kJmol-1、-110 kJmol-1、0 kJmol-1。由題中信息可知，H=生成物的相對能量-反應物的相對能量，因此，C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) H3=(-110 kJmol-1)4-(-84kJmol-1)-( -393 kJmol-1)2=430 kJmol-1。

②A．反應Ⅰ為吸熱反應，升高溫度能使其化學平衡向正反應方向移動，故其平衡常數增大，A正確；

B．反應Ⅰ和反應Ⅱ的正反應均為氣體分子數增大的反應，增大壓強，其化學平衡均向逆反應方向移動，B不正確；

C．反應Ⅲ的產物中有CO，增大CO的濃度，能使反應Ⅱ的化學平衡向逆反應方向移動，故其不利于乙烷脫氫，不利于乙烯的生成，C不正確；

D．反應Ⅳ的反應前后氣體分子數不變，在恒溫恒壓下向平衡體系中通入水蒸氣，體系的總體積變大，水蒸氣的濃度變大，其他組分的濃度均減小相同的倍數，因此該反應的濃度商變大（大于平衡常數），化學平衡向逆反應方向移動，D正確。

綜上所述，描述正確的是AD。

③由題中信息可知，反應Ⅱ分兩步進行，第一步的反應是C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2(g) +CO2(g)，C2H4(g)、H2(g)、CO2(g)的相對能量之和為52 kJmol-1+0+(-393 kJmol-1)= -341 kJmol-1；第二步的反應是C2H4(g)+H2(g) +CO2(g)C2H4(g)+H2O(g) +CO(g)，其活化能為210 kJmol-1，故該反應體系的過渡態的相對能量又升高了210 kJmol-1，過渡態的的相對能量變為-341 kJmol-1+210 kJmol-1= -131 kJmol-1，最終生成物C2H4(g)、H2O(g)、CO(g)的相對能量之和為(52 kJmol-1)+(-242 kJmol-1)+(-110 kJmol-1)= -300 kJmol-1。根據題中信息，第一步的活化能較小，第二步的活化能較大，故反應Ⅱ分兩步進行的“能量—反應過程圖”可以表示如下：。

(2)①由題中信息及表中數據可知，盡管CO2和C2H6按物質的量之比1：1投料，但是C2H4的產率遠遠小于C2H6的轉化率，但是CO2的轉化率高于C2H6，說明在催化劑X的作用下，除了發生反應Ⅱ，還發生了反應Ⅲ，而且反應物主要發生了反應Ⅲ，這也說明催化劑X有利于提高反應Ⅲ速率，因此，CO2氧化C2H6的主要產物是CO。故答案為：CO；C2H4的產率低說明催化劑X有利于提高反應Ⅲ速率。

②由題中信息可知，選擇性膜技術可提高C2H4的選擇性，由反應ⅡC2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g) +CO(g)可知，該選擇性應具體表現在選擇性膜可選擇性地讓C2H4通過而離開體系，即通過吸附C2H4減小其在平衡體系的濃度，從而促進化學平衡向正反應方向移動，因而可以乙烷的轉化率。故答案為：選擇性膜吸附C2H4，促進反應Ⅱ平衡向正反應方向移動。