Question

15．工业上在一定条件下将丙烷脱氢制丙烯．
（1）反应过程中能量变化如图1所示，下列有关叙述正确的是ac．
a．此反应为吸热反应
b．催化剂能改变反应的焓变和活化能
c．E₁表示正反应的活化能，E₂表示逆反应的活化能
d．有催化剂能加快反应速率，提高丙烷的转化率
（2）上述反应在恒温恒容密闭容器中达到平衡，其平衡常数K的表达式为K=$\frac{c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$．若升温，该反应的平衡常数增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．若向上述反应达到平衡的容器内再通入少量丙烷，则$\frac{c（C{H}_{2}=CHC{H}_{3}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）在0.1MPa、800K条件下，向恒容密闭容器中通入丙烷和稀有气体，丙烷脱氢反应的转化率随着稀有气体与丙烷比例的变化情况如图2所示，则随着稀有气体与丙烷比例的增加，丙烷转化率逐渐增大的原因是此反应是气体体积和增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率．

（4）上述反应生成物丙烯经多步氧化生成丙酸，已知常温下K_a（CH₃CH₂COOH）=1.3×10^-5．K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5．
①用离子方程式表示CH₃CH₂COONa溶液显碱性的原因CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃COOH+OH^-．
②常温下，若丙酸与氨水混合后溶液呈中性，则溶液中$\frac{c（C{H}_{3}C{H}_{2}CO{O}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=1.3×10⁹．
（5）已知：

化学键	H-H	C-H	C-C	C=C
键能（kJ•mol-1）	436	413	348	612

则丙烷脱氢反应的热化学方程式为CH₃CH₂CH₃（g）?CH₂=CHCH₃（g）+H₂（g）△H=+126kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）a．依据图象中反应物和生成物能量的大小比较判断；
b．催化剂改变速率不改变平衡，但催化剂改变化学反应速率是降低了反应的活化能；
c．E₁表示正反应的活化能，E₂表示逆反应的活化能；
d．有催化剂能加快反应速率，但不能提高丙烷的转化率；
（2）据方程式书写平衡常数，用生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；升高温度向吸热方向进行，据（1）分析得，正反应为吸热方向，故向正反应方向进行，则平衡常数增大；增加反应物浓度平衡向正反应方向进行，故乙烯的量增加，但丙烷增加的比例更大，则少量丙烷，则$\frac{c（C{H}_{2}=CHC{H}_{3}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$ 减小；
（3）此反应是气体体积和增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率，据此进行分析；
（4）①丙酸根离子在溶液中水解生成氢氧根离子，溶液显碱性；
②常温下，若丙酸与氨水混合后溶液呈中性，则CH₃CH₂COOH+NH₃•H₂O=CH₃CH₂COONH₄+H₂O，CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃CH₂COOH+OH^-，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，溶液呈中性，故c（H⁺）=c（OH^-）=c（CH₃CH₂COOH）=c（NH₃•H₂O）=1.0×10^-7mol/L，K_a（CH₃CH₂COOH）=c（CH₃CH₂COO^-）c（H⁺）=1.3×10^-5，K_b（NH₃•H₂O）=c（NH₄⁺）c（OH^-）=1.8×10^-5，故$\frac{c（C{H}_{3}C{H}_{2}CO{O}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（C{H}_{3}C{H}_{2}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}^{+}）}$=$\frac{1.3×1{0}^{-5}}{1.0×1{0}^{-7}×1.0×1{0}^{-7}}$=1.3×10⁹，据此进行分析；
（5）化学反应中，化学键断裂吸收能量，形成新化学键放出能量，并根据方程式计算分别吸收和放出的能量，以此计算反应热并判断吸热还是放热．

解答 解：（1）a．图象中反应物能量低于生成物能量，故反应是吸热反应，故a正确；
b．催化剂不能改变该反应的焓变，只能改变反应速率，故b错误；
c．E₁表示正反应的活化能，E₂表示逆反应的活化能，故c正确；
d．有催化剂能加快反应速率，但不能提高丙烷的转化率，故d错误，
故答案为：ac；
（2）CH₃CH₂CH₃（g）→CH₂=CH₂（g）+H₂（g），故K=$\frac{c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$；升高温度向吸热方向进行，据（1）分析得，正反应为吸热方向，故向正反应方向进行，则平衡常数增大；增加反应物浓度平衡向正反应方向进行，故乙烯的量增加，但丙烷增加的比例更大，则少量丙烷，则$\frac{c（C{H}_{2}=CHC{H}_{3}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$ 减小；
故答案为：K=$\frac{c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$；增大；减小；
（3）则随着稀有气体与丙烷比例的增加，丙烷转化率逐渐增大的原因是：此反应是气体体积和增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率，
故答案为：此反应是气体体积和增加的反应，随着稀有气体比例的增加，降低了反应体系各气体的分压，相当于减压，从而促进反应向正反应方向进行，提高了丙烷脱氢的转化率；
（4）①丙酸根离子在溶液中水解生成氢氧根离子，溶液显碱性，其水解离子方程式为：CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃COOH+OH^-；
故答案为：CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃COOH+OH^-；
②常温下，若丙酸与氨水混合后溶液呈中性，则CH₃CH₂COOH+NH₃•H₂O=CH₃CH₂COONH₄+H₂O，CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃CH₂COOH+OH^-，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，溶液呈中性，故c（H⁺）=c（OH^-）=c（CH₃CH₂COOH）=c（NH₃•H₂O）=1.0×10^-7mol/L，K_a（CH₃CH₂COOH）=c（CH₃CH₂COO^-）c（H⁺）=1.3×10^-5，K_b（NH₃•H₂O）=c（NH₄⁺）c（OH^-）=1.8×10^-5，故$\frac{c（C{H}_{3}C{H}_{2}CO{O}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（C{H}_{3}C{H}_{2}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}^{+}）}$=$\frac{1.3×1{0}^{-5}}{1.0×1{0}^{-7}×1.0×1{0}^{-7}}$=1.3×10⁹，
故答案为：1.3×10⁹；
（5）CH₃CH₂CH₃（g）?CH₂=CHCH₃（g）+H₂（g）△H=8×413kJ/mol+2×348kJ/mol-6×413kJ/mol-612kJ/mol-348kJ/mol-436kJ/mol=+126kJ/mol，故热化学方程式为CH₃CH₂CH₃（g）?CH₂=CHCH₃（g）+H₂（g）△H=+126kJ/mol，
故答案为：CH₃CH₂CH₃（g）?CH₂=CHCH₃（g）+H₂（g）△H=+126kJ/mol．

点评 本题考查热化学方程式的书写，平衡常数计算，弱酸根的水解等，并要求学生对图象的分析能力，本题难度中等．