Question

【題目】乙烯是一種重要的化工原料，可由乙烷為原料制取，回答下列問題。

（1）傳統(tǒng)的熱裂解法和現(xiàn)代的氧化裂解法的熱化學(xué)方程式如下：

①C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) ΔH1=+136kJ·mol-1

②C2H6(g)+O2(g)=C2H4(g)+H2O(g) ΔH2=-110kJ·mol-1

已知反應(yīng)相關(guān)的部分化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H-H(g)	H-O(g)	O=O
鍵能(kJ·mol-1)	436	x	496

由此計算x=___，通過比較ΔH1和ΔH2，說明和熱裂解法相比，氧化裂解法的優(yōu)點是___(任寫一點)。

（2）乙烷的氧化裂解反應(yīng)產(chǎn)物中除了C2H4外，還存在CH4、CO、CO2等副產(chǎn)物(副反應(yīng)均為放熱反應(yīng))，圖甲為溫度對乙烷氧化裂解反應(yīng)性能的影響。乙烷的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而升高的原因是___，反應(yīng)的最佳溫度為___(填序號)。

A.700℃ B.750℃ C.850℃ D.900℃

[乙烯選擇性=；乙烯收率=乙烷轉(zhuǎn)化率×乙烯選擇性]

（3）烴類氧化反應(yīng)中，氧氣含量低會導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)生積炭堵塞反應(yīng)管。圖乙為的值對乙烷氧化裂解反應(yīng)性能的影響。判斷乙烷氧化裂解過程中的最佳值是___，判斷的理由是___。

（4）工業(yè)上，保持體系總壓恒定為100kPa的條件下進行該反應(yīng)，通常在乙烷和氧氣的混合氣體中摻混惰性氣體(惰性氣體的體積分數(shù)為70%)，摻混惰性氣體的目的是___。反應(yīng)達平衡時，各組分的體積分數(shù)如下表：

組分	C2H6	O2	C2H4	H2O	其他物質(zhì)
體積分數(shù)/%	2.4	1.0	12	15	69.6

計算該溫度下的平衡常數(shù)：Kp=___(用平衡分壓代替平衡濃度，平衡分壓=總壓×體積分數(shù))。

Answer 1

【答案】465 氧化裂解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，節(jié)約能源(或氧化裂解反應(yīng)熱力學(xué)趨勢上大) 溫度升高，反應(yīng)速率加快，轉(zhuǎn)化率升高 C 2.0 比值小于2.0時，乙烯的收率降低；比值大于2.0時，乙烯的收率并未增加且產(chǎn)生更多的積炭，堵塞反應(yīng)管 正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，恒壓充入惰性氣體相當于擴大容器體積，降低分壓，有利于平衡正向移動 75(kPa)0.5

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，得出H2(g)＋O2(g)=H2O(g)的反應(yīng)熱，再根據(jù)△H＝反應(yīng)物的總鍵能生成物的總鍵能，可求出x的值；

(2)溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，根據(jù)圖象，隨溫度升高，乙烷的轉(zhuǎn)換率越高；綜合乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性，圖中即可對應(yīng)找出最佳的反應(yīng)溫度；

(3)含氧量高，會造成積炭，要根據(jù)圖象找出乙烯收率高而相對積炭少的點，即圖中的比值為2時最佳；

(4)根據(jù)平衡常數(shù)與反應(yīng)物、生成物的關(guān)系，并且將濃度關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榉謮宏P(guān)系來解答。

(1)根據(jù)蓋斯定律，②①得到：H2(g)＋O2(g)═H2O(g) △H＝246kJ/mol，根據(jù)鍵能關(guān)系△H＝反應(yīng)物的總鍵能生成物的總鍵能＝436＋496/22x＝246，x＝465；由熱化學(xué)方程式可以看出，熱裂解法是吸熱反應(yīng)，需要消耗能源，氧裂解法是放熱反應(yīng)，不需要從外界得到能量，故答案為：465；氧化裂解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，節(jié)約能源(或氧化裂解反應(yīng)熱力學(xué)趨勢上大)；

(2)由圖可知，隨溫度的升高，乙烷的轉(zhuǎn)化率在升高，考慮化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，溫度越高，反應(yīng)速率越快；由圖，要乙烷的轉(zhuǎn)化率盡可能高，而副產(chǎn)物又相對較少，及乙烯的選擇性較高，應(yīng)找到乙烯收率較高時的溫度，對應(yīng)下溫度在850左右，故答案為：溫度升高，反應(yīng)速率加快，轉(zhuǎn)化率升高；C；

(3)由(2)分析可知，我們要選擇乙烯收率較高的點，在圖2中，比值小于2時，乙烯收率隨比值增大在上升，比值大于2時，乙烯的收率并未增加，并且氧含量值在降低，會造成積炭，故答案為：2.0；比值小于2.0時，乙烯的收率降低；比值大于2.0時，乙烯的收率并未增加且產(chǎn)生更多的積炭，堵塞反應(yīng)管；

(4)C2H6(g)＋O2(g)＝C2H4(g)＋H2O(g)反應(yīng)是體積在增大的反應(yīng)，充入惰性氣體，總壓恒定，分壓就降低了，壓強降低會促使反應(yīng)向體積增大的方向移動，即正向移動。根據(jù)平衡常數(shù)的表達式Kp＝＝75(kPa)0.5，故答案為：75(kPa)0.5。