Question

15．工業(yè)上在一定條件下將丙烷脫氫制丙烯．
（1）反應過程中能量變化如圖1所示，下列有關敘述正確的是ac．
a．此反應為吸熱反應
b．催化劑能改變反應的焓變和活化能
c．E₁表示正反應的活化能，E₂表示逆反應的活化能
d．有催化劑能加快反應速率，提高丙烷的轉化率
（2）上述反應在恒溫恒容密閉容器中達到平衡，其平衡常數(shù)K的表達式為K=$\frac{c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$．若升溫，該反應的平衡常數(shù)增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．若向上述反應達到平衡的容器內再通入少量丙烷，則$\frac{c（C{H}_{2}=CHC{H}_{3}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）在0.1MPa、800K條件下，向恒容密閉容器中通入丙烷和稀有氣體，丙烷脫氫反應的轉化率隨著稀有氣體與丙烷比例的變化情況如圖2所示，則隨著稀有氣體與丙烷比例的增加，丙烷轉化率逐漸增大的原因是此反應是氣體體積和增加的反應，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應體系各氣體的分壓，相當于減壓，從而促進反應向正反應方向進行，提高了丙烷脫氫的轉化率．

（4）上述反應生成物丙烯經(jīng)多步氧化生成丙酸，已知常溫下K_a（CH₃CH₂COOH）=1.3×10^-5．K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5．
①用離子方程式表示CH₃CH₂COONa溶液顯堿性的原因CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃COOH+OH^-．
②常溫下，若丙酸與氨水混合后溶液呈中性，則溶液中$\frac{c（C{H}_{3}C{H}_{2}CO{O}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=1.3×10⁹．
（5）已知：

化學鍵	H-H	C-H	C-C	C=C
鍵能（kJ•mol-1）	436	413	348	612

則丙烷脫氫反應的熱化學方程式為CH₃CH₂CH₃（g）?CH₂=CHCH₃（g）+H₂（g）△H=+126kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）a．依據(jù)圖象中反應物和生成物能量的大小比較判斷；
b．催化劑改變速率不改變平衡，但催化劑改變化學反應速率是降低了反應的活化能；
c．E₁表示正反應的活化能，E₂表示逆反應的活化能；
d．有催化劑能加快反應速率，但不能提高丙烷的轉化率；
（2）據(jù)方程式書寫平衡常數(shù)，用生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；升高溫度向吸熱方向進行，據(jù)（1）分析得，正反應為吸熱方向，故向正反應方向進行，則平衡常數(shù)增大；增加反應物濃度平衡向正反應方向進行，故乙烯的量增加，但丙烷增加的比例更大，則少量丙烷，則$\frac{c（C{H}_{2}=CHC{H}_{3}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$ 減��；
（3）此反應是氣體體積和增加的反應，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應體系各氣體的分壓，相當于減壓，從而促進反應向正反應方向進行，提高了丙烷脫氫的轉化率，據(jù)此進行分析；
（4）①丙酸根離子在溶液中水解生成氫氧根離子，溶液顯堿性；
②常溫下，若丙酸與氨水混合后溶液呈中性，則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，據(jù)此進行分析；
（5）化學反應中，化學鍵斷裂吸收能量，形成新化學鍵放出能量，并根據(jù)方程式計算分別吸收和放出的能量，以此計算反應熱并判斷吸熱還是放熱．

解答 解：（1）a．圖象中反應物能量低于生成物能量，故反應是吸熱反應，故a正確；
b．催化劑不能改變該反應的焓變，只能改變反應速率，故b錯誤；
c．E₁表示正反應的活化能，E₂表示逆反應的活化能，故c正確；
d．有催化劑能加快反應速率，但不能提高丙烷的轉化率，故d錯誤，
故答案為：ac；
（2）CH₃CH₂CH₃（g）→CH₂=CH₂（g）+H₂（g），故K=$\frac{c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$；升高溫度向吸熱方向進行，據(jù)（1）分析得，正反應為吸熱方向，故向正反應方向進行，則平衡常數(shù)增大；增加反應物濃度平衡向正反應方向進行，故乙烯的量增加，但丙烷增加的比例更大，則少量丙烷，則$\frac{c（C{H}_{2}=CHC{H}_{3}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$ 減小；
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$；增大；減�。�
（3）則隨著稀有氣體與丙烷比例的增加，丙烷轉化率逐漸增大的原因是：此反應是氣體體積和增加的反應，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應體系各氣體的分壓，相當于減壓，從而促進反應向正反應方向進行，提高了丙烷脫氫的轉化率，
故答案為：此反應是氣體體積和增加的反應，隨著稀有氣體比例的增加，降低了反應體系各氣體的分壓，相當于減壓，從而促進反應向正反應方向進行，提高了丙烷脫氫的轉化率；
（4）①丙酸根離子在溶液中水解生成氫氧根離子，溶液顯堿性，其水解離子方程式為：CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃COOH+OH^-；
故答案為：CH₃CH₂COO^-+H₂O?CH₃COOH+OH^-；
②常溫下，若丙酸與氨水混合后溶液呈中性，則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，
故答案為：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，故熱化學方程式為CH₃CH₂CH₃（g）?CH₂=CHCH₃（g）+H₂（g）△H=+126kJ/mol，
故答案為：CH₃CH₂CH₃（g）?CH₂=CHCH₃（g）+H₂（g）△H=+126kJ/mol．

點評 本題考查熱化學方程式的書寫，平衡常數(shù)計算，弱酸根的水解等，并要求學生對圖象的分析能力，本題難度中等．