丙烯是一种重要的化工原料,可以在催化剂作用下,由丙烷直接脱…——2021 高考化学第 19 题答案解析

2021_湖北卷 (化学)

2021 湖北 第 19 题 填空题 区分题
2021_湖北卷 (化学)

19. 丙烯是一种重要的化工原料,可以在催化剂作用下,由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ(直接脱氢):$C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)$△$H1=+125kJ$·mol-1
反应Ⅱ(氧化脱氢):$C3H8(g)+ 12O2(g)=C3H6(g)+H2O(g)$△$H2=-118kJ$·mol-1
(1)已知键能:E(C—$H)=416kJ$·mol -1,E(H—$H)=436kJ$·mol -1,由此计算生成 1mol 碳碳 π 键放出的能量为

___kJ。
(2)对于反应Ⅰ,总压恒定为100kPa,在密闭容器中通入 C3H8 和 N2 的混合气体(N2 不参与反应),从平衡
移动的角度判断, 达到平衡后“通入 N2”的作用是___。 在温度为T1 时,C3H8 的平衡转化率与通入气体中 C3H8
的物质的量分数的关系如图 a 所示,计算 T1 时反应Ⅰ的平衡常数 $Kp=__kPa($以分压表示,分压=总压×物质
的量分数,保留一位小数)。
(3)在温度为 T2 时,通入气体分压比为 p(C3H8):p(O2):$p(N2)=10$:5:85 的混合气体,各组分气体的分
压随时间的变化关系如图 b 所示。0~1.2s 生成 C3H6 的平均速率为__kPa·s-1; ;在反应一段时间后,C3H8
和 O2 的消耗速率比小于 2∶1 的原因为___。
(4) 恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8):p(O2):$p(N2)=2$:13:85 的混合气体,已知某反应条
件下只发生如下反应(k,k′为速率常数):
反应Ⅱ:$2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) k$
反应Ⅲ:$2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(g) k$′
实验测得丙烯的净生成速率方程为 $v(C3H6)=kp(C3H8)-k$′p(C3H6),可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为__,
其理由是___。

参考答案

(1) 271; (2) ①. 减小气体浓度,使平衡右移,提高C3H8(g)转化率 ②. 16.7; (3) ①. 2 ②. H2 和 C3H6 都消耗 O2; (4) ①. 先增大后减小 ②. 反应开始时,体系中主要发生反应Ⅱ,c(C3H6)逐渐增大,随着反应进 行,p(C3H8)减小,p(C3H6)增大,v(C3H6)减小,体系中主要发生反应Ⅲ,c(C3H6)逐渐减小

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【答案】 (1)271 (2) ①. 减小气体浓度,使平衡右移,提高C3H8(g)转化率 ②. 16.7
(3) ①. 2 ②. H2 和 C3H6 都消耗 O2
(4) ①. 先增大后减小 ②. 反应开始时,体系中主要发生反应Ⅱ,c(C3H6)逐渐增大,随着反应进
行,p(C3H8)减小,p(C3H6)增大,v(C3H6)减小,体系中主要发生反应Ⅲ,c(C3H6)逐渐减小
【解析】
【分析】

【小问 1 详解】
由$C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)$△$H1=+125kJ$·mol-1 可知反应需要中断裂2mol C—H 键、 形成1mol 碳碳π 键和1mol
H—H 键,436kJ·mol-1×2- E (碳碳 π 键) = +125kJ.mol-1,解得:E(碳碳 π 键)= 271kJ. mol-1,所以形成 1mol 碳
碳 π 键放出的能量为 271kJ;
【小问 2 详解】
达到平衡后,通入N2,由于总压恒定为100kPa,则容器体积增大,平衡向气体体积增大的方向移动,即向
正反应方向移动,C3H8(g)的转化率增大;根据图a,C3H8 的物质的量分数为 0.4 时,其平衡转化率为 50%;
假设混合气体为 1mol,则起始时 C3H8 为 0.4mol,N2 为 0.6mol,运用三段式法计算:
3 8 2 3 6C H H (g) + C H (g)mol 0.40 0 0mol 0.20 0.20 0.20mol 0.20 0.20 0.20ƒ开始量变化量平衡量
由于总压恒定为 100kPa,平衡时C3H8 为 0.2mol,C3H6 为 0.2mol,H2 为 0.2mol,N2 为 0.6mol,则C3H8(g)、
C3H6(g)、H2(g)的分压均为:100KPa× 0.2mol1.2mol
= 100kPa6
故 T1 时反应Ⅰ的平衡常数
$KP=$
100 100kPa kPa6 6100kPa6´
=16.7KkPa。
【小问 3 详解】
0 ~ 1.2s内 C3H6 的分压由 0 增大为 2.4kPa,则生成 3 6C H的平均速率为 2.4kPa1.2s
=2kPa·s-1;若只发生反应
Ⅰ、Ⅱ,C3H6 的分压应大于H2 和 H2O 的分压,但由图 b 知,随着反应进行,分压 p(H2O)>p(C3H6)>p(H2),
且有 CO2 生成,H2 分压降低,故体系中还发生反应:C3H6+ 92
$O2=3CO2+3H2O$,$H2+ 12O2=H2O$,消耗 O2,
因此 C3H8 和 O2 的消耗速率比小于 2∶1;
【小问 4 详解】
反应开始时,反应Ⅱ向右进行,c(C3H6)逐渐增大,且体系中以反应Ⅱ为主,随着反应进行,p(C3H8)减小,
p(C3H6)增大, 使得v (C3H6)减小, 体系中以反应Ⅲ为主, 因此丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小。

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