Question

丙烯是重要的有机化工原料，工业上丙烷脱氢制丙烯的反应：C₃H₈(g)C₃H₆(g)+H₂(g) ΔH₁。

(1)一定温度下，向 10 L 恒容密闭容器中充入 2 mol C₃H₈ 发生反应，经过 10 min 达到平衡状态， 测得平衡时气体压强是开始的 1.75 倍。

①0~10min 内丙烯的反应速率 v(C₃H₆)＝_____。

②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是_____。

A．气体密度保持不变         B． 保持不变

C．装置内总压强保持不变    D .C₃H₈ 分解速率与 C₃H₆ 生成速率相等

(2)总压强分别为 p₁ 和 p₂ 时，上述反应在不同温度下达到平衡，测得丙烷及丙烯的物质的量分数 如图所示：

①压强：p₁___p₂；ΔH₁ ___0(填“＞”或“＜”)，该反应自发进行的条件是___(填“高温”“低温” 或“任意温度”)。

②若 p₁=0.1MPa，起始时充入一定量的丙烷发生反应，计算 Q 点对应温度下该反应的平衡常数K_p＝_____(用平衡分压代替平衡浓度计算，某气体分压＝总压×某气体物质的量分数)。

③在恒温恒压条件下，向容器中通入丙烷和稀有气体的混合气体发生丙烷脱氢反应，随着起始混合气体中稀有气体所占比例增大，丙烷脱氢转化率逐渐增大。试解释原因：_____。

Answer

0.015mol·L-1·min-1 BC ＞ ＞ 高温 0.0125 MPa 该反应是气体分子数增加的反应，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。

【解析】

(1)①根据方程式计算，平衡时压强之比等于物质的量之比，根据v=计算；

②A．混合气体密度为ρ=；B．平衡时Qc=K；C．反应前后气体分子数发生改变，压强改变；D．平衡时v正=v逆，化学反应速率之比等于化学计量数之比；

(2)①相同温度下，增大压强平衡正向移动，丙烷转化率增大，达到平衡状态时丙烷物质的量分数减小，根据温度对平衡的影响判断正反应吸放热情况，根据△G=△H-T△S判断自发反应的条件；

②根据方程式计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式计算平衡常数的值；

③该反应的气体分子数增加的反应，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，减小压强平衡向气体体积增大的方向移动。

(1)①令消耗C3H8的物质的量为xmol:

利用压强之比等于物质的量之比，得出 =，x=1.5mol，根据化学反应速率的数学表达式，v(C3H6)==0.015 mol/(L·min)，故答案为：0.015mol·L-1·min-1；

②A．根据ρ=，C3H8、C3H6、H2都是气体，即气体质量保持不变，容器为恒容，V保持不变，密度不变，不能说明反应达到平衡，故A不选；

B． ，，当Qc=K时反应达到平衡，即随着反应进行该比值不再改变，说明反应达到平衡，故B选；

C．反应前后气体系数之和不相等，利用压强之比等于物质的量之比，因此当压强不再改变，说明反应达到平衡，故C选；

D．分解C3H8，生成C3H6，反应都是向正反应方向进行，因此C3H8分解速率与C3H6生成速率相等，不能说明反应达到平衡，故D不选；

故答案为：BC；

(2)①根据图象，作等温线，增大压强，平衡向逆反应方向进行，C3H8的物质的量增大，物质的量分数增大，即p1＞p2；根据图象，随着温度升高，C3H8物质的量分数降低，升高温度，平衡向正反应方向进行，即△H1＞0；根据符合判据△G=△H-T△S，△H＞0，根据方程式，该反应为熵增，即△S＞0，能够自发进行，△G＜0，即需要在高温下；故答案为：＞；＞；高温；

②假设起始时丙烷的物质的量为1mol，根据方程式可知：

Q点：丙烷的物质的量分数为50%，则1-y=0.5(1+y)，解得y=，则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g)平衡时的物质的量分数分别为：、、，则Q 点对应温度下该反应的平衡常数 Kp== =0.0125MPa，故答案为：0.0125MPa；

③由反应方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)可知，该反应是气体分子数增加的反应，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：该反应是气体分子数增加的反应，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。