Question

乙烯是重要的化工原料，目前主要通过石油炼化制备。随着化石燃料资源日益减少，科研工作者正在探索和研发制备乙烯的新方法。

Ⅰ．甲烷在一定条件下脱氢可生成乙烯：2CH₄(g)C₂H₄(g)＋2H₂(g)△H＞0

（1）活化能E_a正____E_a逆（填“＞”、“＝”或“＜”，下同）；k_正、k_逆表示速率常数，当升高温度时，k_正增大的倍数____k_逆增大的倍数。

Ⅱ．利用生物无水乙醇催化脱水制备乙烯

主反应 i：C₂H₅OH(g)C₂H₄(g)＋H₂O(g)△H₁＝+45.5 kJ/mol

副反应 ii：2C₂H₅OH(g)C₂H₅OC₂H₅(g)＋H₂O(g)△H₂＝﹣19.0 kJ/mol

副反应 iii：C₂H₅OC₂H₅(g)2C₂H₄(g)＋H₂O(g)△H₃

（2）求△H₃＝____。

（3）在 2L 恒容密闭容器中充入2mol C₂H₅OH(g)和一定量的催化剂进行反应，平衡体系中含碳组分的物质的量分数随温度的变化如图所示：

①图中 Y 代表____（填“C₂H₄”或“C₂H₅OC₂H₅”），请解释原因____。

②主反应 i 在 A 点达到平衡状态的标志为____。

a.乙烯浓度不再变化         b.容器内压强不随时间变化

c.混合气体的密度不随时间变化         d.△H 不再变化

③380℃时，假设乙醇完全反应，则反应 iii 的平衡常数 K＝____。

Answer

＞ ＞ +110kJ/mol C2H4 生成C2H4的反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，C2H4的物质的量分数增大 ab

【解析】

Ⅰ.(1)该反应正反应为吸热反应，正反应活化能大于逆反应活化能；温度升高，平衡正反应方向移动；

Ⅱ. (2)根据盖斯定律，主反应i×2-副反应ii可得副反应iii，据此计算△H3；

(3)①根据主反应i和副反应iii可知，生成乙烯的反应均为吸热反应，升高温度，平衡正反应方向移动，乙烯的物质的量分数增大，据此判断；

②a. 乙烯浓度不再变化，说明正逆反应速率相等；

b. 该反应为气体分子数增大的反应，压强一定，反应达到了平衡；

c. 反应前后气体总质量不变，总体积不变，混合气体的密度不变；

d. △H不再变化，不能说明反应达到了平衡；

③平衡时，设乙烯为x mol，乙醚为y mol，380时，由图像可知x=4y，乙醇完全消耗，根据碳元素守恒，n（C2H5OH）=n（C2H4）+2n（C2H5OC2H5），则x+2y=2，再根据氢元素守恒求n（H2O），最后计算。

Ⅰ.(1)该反应正反应为吸热反应，活化能Ea正＞Ea逆；温度升高，平衡正反应方向移动，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数，故答案为：＞；＞；

Ⅱ. (2)根据盖斯定律，主反应i×2-副反应ii可得副反应iii：C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)＋H2O(g)，则△H3=2△H1-△H2=45.5kJ/mol×2+19.0kJ/mol=+110kJ/mol，故答案为：+110kJ/mol；

(3)①根据主反应i和副反应iii可知，生成乙烯的反应均为吸热反应，升高温度，平衡正反应方向移动，乙烯的物质的量分数增大，所以图中Y代表的是C2H4，故答案为：C2H4；生成C2H4的反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，C2H4的物质的量分数增大；

②a. 乙烯浓度不再变化，说明正逆反应速率相等，反应达到了平衡，a选；

b. 该反应为气体分子数增大的反应，容器内压强不随时间变化，反应达到了平衡，b选；

c. 反应过程中气体总质量始终不变，总体积不变，混合气体的密度始终不变，所以混合气体的密度不随时间变化，不能说明反应达到了平衡，c不选；

d. △H不再变化，不能说明反应达到了平衡，d错误；故答案为：ab；

③平衡时设乙烯为x mol，乙醚为y mol，380时，由图像可知x=4y，由于乙醇完全消耗，根据元素守恒，n（C2H5OH）=n（C2H4）+2n（C2H5OC2H5），则x+2y=2，解得：x=，y=，再根据氢元素守恒，n（H2O）=，= =，故答案为：。