Question

丙烯是重要的工业品，可用于制取卤代烃、丙醇及塑料等。回答下列问题：

(1)丙烯与HCl加成生成CH₃CHClCH₃或CH₃CH₂CH₂Cl的能量与反应历程如图：

①从能量角度看，较稳定的产物是________(填“CH₃CHClCH₃”或“CH₃CH₂CH₂Cl”)。

②制取CH₃CHClCH₃时，反应速率较慢的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

(2)丙烷直接脱氢制丙烯的相关热化学反应如下：

主反应：C₃H₈(g)→C₃H₆(g)+H₂ ΔH₁=+124.27kJ·mol^-1

副反应：C₃H₈(g)→CH₄(g)+C₂H₄(g) ΔH₂=+81.30kJ·mol^-1

C₃H₈(g)+H₂(g)→CH₄(g)+C₂H₆(g) ΔH₃=-55.64kJ·mol^-1

C₂H₄(g)+H₂(g)→C₂H₆(g) ΔH₄

①ΔH₄=_____________kJ·mol^-1

②分别在0.1Mpa和0.01Mpa时，丙烷和丙烯的平衡物质的量分数如图所示：

表示0.1Mpa时丙烷物质的量分数的是________(填罗马数字，下同)；表示0.01Mpa时丙烯物质量的分数的是________。

(3)用二氧化碳氧化丙烷制丙烯主要反应如下：

Ⅰ．C₃H₈(g)C₃H₆(g)+ H₂ ΔH₁>0平衡常数K₁

Ⅱ．CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)　ΔH₂>0平衡常数K₂

Ⅲ．耦合反应C₃H₈(g)+CO₂(g)C₃H₆(g)+CO(g)+H₂O(g)

当C₃H₈的物质的量一定时，按不同投料比Z[Z=]向密闭容器中充入C₃H₈和CO₂，发生反应Ⅲ，C₃H₈平衡转化率随温度变化如图所示：

①反应Ⅲ的平衡常数K=________(用K₁、K₂表示)。

②Z₁________(填“>”“<”“=”)Z₂。原因是________

③若A点气体总压强为0.2Mpa，则丙烯的平衡分压为________MPa；900K时反应Ⅲ的平衡常数Kp=________MPa(Kp为用平衡分压表示的平衡常数)。

Answer

CH3CHClCH3 I -136.94 I II K1K2 > Z越大，c(CO2)越大，C3H8的平衡转化率越大 0.04 0.04

【解析】

(1)①一般情况下，物质能量越低， 越稳定；从图中可知，CH3CHClCH3具有的能量低于CH3CH2CH2Cl，因此较稳定的产物是CH3CHClCH3；

②一般情况下，反应的活化能越大，化学反应速率越慢；从图示可以看出，CH3CH=CH2生成CH3CHClCH3的过程中，步骤Ⅰ的活化能大，反应速率较慢；

(2)①根据盖斯定律，副反应①C3H8(g)→CH4(g)+C2H4(g) ΔH2=+81.30kJ·mol-1，②C3H8(g)+H2(g)→CH4(g)+C2H6(g) ΔH3=-55.64kJ·mol-1；反应②－①可得目标反应C2H4(g)+H2(g)→C2H6(g)，则ΔH4=ΔH3-ΔH2=-55.64kJ·mol-1-(+81.30kJ·mol-1)= -136.94kJ·mol-1；

②主反应为吸热反应，其他条件一定下，升高温度，平衡正向移动，丙烷的物质的量分数减小，而丙烯的物质的量分数增加；主反应为气体体积增大的反应，其他条件一定下，增大压强，平衡逆向移动，丙烷的物质的量分数增大，丙烯的物质的量分数减小；可知曲线Ⅰ、Ⅲ表示丙烷的物质的分数的变化，压强越大，丙烷的物质的量分数越大，因此表示0.1MPa时，丙烷物质的量分数的是Ⅰ；曲线Ⅱ、Ⅳ代表丙烯的物质的量分数的变化，压强越大，丙烯的物质的量分数越小，则表示0.01Mpa时丙烯物质量的分数的是Ⅱ；

(3)①根据盖斯定律，反应Ⅰ＋反应Ⅱ可得反应Ⅲ，则K3=K1K2；

②在相同温度下，c(CO2)越大，C3H8的转化率越大，可知Z1>Z2，因为Z越大，c(CO2)越大，C3H8的转化率越大；

③A点气体总压强为0.2Mpa，C3H8的转化率为0.5；Z=1，假设n(CO2)=n(C3H8)=1mol，根据三等式，有

C3H8的平衡分压p(C3H8)=；由于平衡时，各物质的物质的量相同，因此各物质的分压相同；则900℃下，反应Ⅲ的平衡常数。