Question

烯烃催化裂解是制备短链烯烃的重要途径。研究表明，1－丁烯[CH₃CH₂CH＝CH₂（g）]催化裂解时，发生两个平行竞争反应生成丙烯和乙烯，两反应的热化学方程式为：

①3CH₃CH₂CH＝CH₂（g）4CH₃CH＝CH₂（g）  △H＝＋579 kJ·mol^－1

②CH₃CH₂CH＝CH₂（g）2CH₂＝CH₂（g）  △H＝＋283 kJ·mol^－1

回答下列问题：

（1）若1－丁烯的燃烧热为2539 kJ·mol^－1，则表示乙烯燃烧热的热化学方程式为____；1－丁烯转化为丙烯反应的化学平衡常数表达式为_____。

（2）有利于提高1－丁烯平衡转化率的措施有_______。

（3）550℃和0.02～0.5 MPa下，①②两个反应均建立平衡，测得平衡混合物里各组分的质量分数随压强变化的曲线如下图所示。由图可知，1－丁烯的质量分数随压强的增大而增大，主要原因是______。

（4）在1－丁烯裂解的实际生产中，为了提高产物中丙烯的含量，除了选择合适的温度和压强之外，还有一条关键措施是_____。0.1 MPa和300～700℃下，1－丁烯裂解产物中各组分比例变化的曲线如下图所示。由图可知，生产过程中提高丙烯质量分数的最佳温度为___℃，在该温度之前各温度对应的组成______（填“一定是”、“可能是”或“一定不是”）平衡态，理由是____________。

Answer

CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H= -1411kJ·mol-1 K= 升高温度、减小压强 其它条件不变时，增大压强，CH3CH2CH=CH2催化裂解为丙烯或乙烯的平衡均逆向移动，CH3CH2CH=CH2的质量分数会增大 高选择性的催化剂 450℃ 可能是 1-丁烯裂解为丙烯和乙烯的反应均为吸热反应，升高温度，两个平衡均正向移动，导致丙烯和乙烯的质量分数增大

【解析】

(1)1－丁烯的燃烧热为2539 kJ·mol－1，则其燃烧热的热化学方程式为CH3CH2CH＝CH2(g)+ 6O2(g)=4CO2(g)+4H2O(l)△H= -2539kJ·mol-1，结合盖斯定律写出乙烯燃烧热的热化学方程式；平衡常数等于生成物浓度幂的积与反应物浓度幂的积之比；

(2)改变温度、压强、反应物或生成物的浓度可促进平衡正向移动，提高反应物的转化率；

(3)可逆反应达到平衡后增大压强，平衡向气体总物质的量减小的方向移动；

(4)结合1－丁烯裂解过程中各裂解产物的含量与温度变化的曲线分析即可。

(1)已知：②CH3CH2CH＝CH2(g)2CH2＝CH2(g)△H＝＋283 kJ·mol－1，③CH3CH2CH＝CH2(g)+ 6O2(g)=4CO2(g)+4H2O(l)△H= -2539kJ·mol-1，根据盖斯定律③ - ②可得CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)，则△H=(-2539kJ·mol-1) -(＋283 kJ·mol－1)=-1411kJ·mol-1，故乙烯燃烧热的热化学方程式为CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)△H= -1411kJ·mol-1；已知3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)，则该反应的化学平衡常数表达式为K=；

(2)已知3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)△H＝＋579 kJ·mol－1，正反应为吸热、气体总物质的量增大的反应，则升高温度或减小压强可促进平衡正向移动，有利于提高1－丁烯平衡转化率；

(3)已知：①3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)△H＝＋579 kJ·mol－1，②CH3CH2CH＝CH2(g)2CH2＝CH2(g)△H＝＋283 kJ·mol－1，①②两个反应的逆反应均为气体总物质的量减小的反应，则其它条件不变时，增大压强，CH3CH2CH=CH2催化裂解为丙烯或乙烯的平衡均逆向移动，CH3CH2CH=CH2的质量分数会增大；

(4)已知：①3CH3CH2CH＝CH2(g)4CH3CH＝CH2(g)△H＝＋579 kJ·mol－1，②CH3CH2CH＝CH2(g)2CH2＝CH2(g)△H＝＋283 kJ·mol－1，则生产过程中除选择合适的温度和压强之外，还需要选择高选择性的催化剂；由0.1 MPa和300～700℃下，1－丁烯裂解产物中各组分比例变化的曲线可知，生产过程中提高丙烯质量分数的最佳温度为450℃左右；1-丁烯裂解为丙烯和乙烯的反应均为吸热反应，升高温度，两个平衡均正向移动，导致丙烯和乙烯的质量分数增，则450℃之前各温度对应的组成可能是平衡态。