Question

【題目】乙烯是一種重要的化工原料，可由乙烷為原料制取，回答下列問題。

（1）傳統(tǒng)的熱裂解法和現(xiàn)代的氧化裂解法的熱化學方程式如下：

①C2H6(g)=C2H4(g) +H2(g) ΔH1=+136 kJ/mol

②C2H6(g)+ O2(g)= C2H4(g)+H2O(g) ΔH2=-110 kJ/mol

已知反應(yīng)相關(guān)的部分化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學鍵	H-H(g)	H-O(g)	O=O(g)
鍵能( kJ/mol)	436	X	496

由此計算x=_________，通過比較△H1和△H2，說明和熱裂解法相比，氧化裂解法的優(yōu)點是_______________________________（任寫一點）。

（2）乙烷的氧化裂解反應(yīng)產(chǎn)物中除了C2H4外，還存在CH4、CO、CO2等副產(chǎn)物（副反應(yīng)均為放熱反應(yīng)），圖1為溫度對乙烷氧化裂解反應(yīng)性能的影響。乙烷的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而升高的原因是______，反應(yīng)的最佳溫度為____________（填選項序號）。

A.700℃ B.750℃ C.850℃ D.900℃

[乙烯選擇性=；乙烯收率=乙烷轉(zhuǎn)化率×乙烯選擇性]

（3）烴類氧化反應(yīng)中，氧氣含量低會導致反應(yīng)產(chǎn)生積炭，堵塞反應(yīng)管。圖2為n(C2H6)/n(O2)的值對乙烷氧化裂解反應(yīng)性能的影響。判斷乙烷氧化裂解過程中n(C2H6)/n(O2)的最佳值是_______________，判斷的理由是__________________________________。

（4）工業(yè)上，保持體系總壓恒定為100kPa的條件下進行該反應(yīng)，通常在乙烷和氧氣的混合氣體中摻混惰性氣體（惰性氣體的體積分數(shù)為70%），摻混惰性氣體的目的是___________________________。

反應(yīng)達平衡時，各組分的體積分數(shù)如下表：

C2H6	O2	C2H4	H2O	其他物質(zhì)
2.4%	1.0%	12%	15%	69.6%

計算該溫度下的平衡常數(shù)Kp=_________（用平衡分壓代替平衡濃度，平衡分壓=總壓×體積分數(shù)）

Answer 1

【答案】 465 氧化裂解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，節(jié)約能源;氧化裂解反應(yīng)熱力學趨勢上大 溫度升高，反應(yīng)速率加快，轉(zhuǎn)化率升高 C 2 比值小于2時，乙烯的收率降低；比值大于2時，乙烯的收率并未增加且產(chǎn)生更多的積炭，堵塞反應(yīng)管 正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，恒壓充入惰性氣體相當于擴大容器體積，降低分壓，有利于平衡正向移動 KP = 75

【解析】（1）②-①：O2(g)+ H2(g) = H2O(g) ΔH=-246 kJ/mol，H-H(g)= 436 kJ/mol, H-O(g)= X

O=O(g)= 496 kJ/mol由此計算x= 465 kJ/mol，

通過比較△H1和△H2，說明和熱裂解法相比，氧化裂解法的優(yōu)點是氧化裂解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，節(jié)約能源;氧化裂解反應(yīng)熱力學趨勢上大。

（2）乙烷的氧化裂解反應(yīng)產(chǎn)物中除了C2H4外，還存在CH4、CO、CO2等副產(chǎn)物,因為副反應(yīng)均為放熱反應(yīng)升高溫度，不利于副產(chǎn)物的生成；因為乙烯選擇性=，所以由圖知溫度升高，反應(yīng)速率加快，轉(zhuǎn)化率升高為；由圖觀察溫度在850℃和900℃之間，乙烷的轉(zhuǎn)化率都比較大，乙烯收率較高和乙烯選擇性較，所以，選擇850℃較好，答案：溫度升高，反應(yīng)速率加快，轉(zhuǎn)化率升高 C。

（3）由圖2觀察知n(C2H6)/n(O2)<2時，乙烯的收率降低；比值大于2時，乙烯的收率并未增加且產(chǎn)生更多的積炭，堵塞反應(yīng)管,所以當n(C2H6)/n(O2)=2時最佳值。答案2 比值小于2時，乙烯的收率降低；比值大于2時，乙烯的收率并未增加且產(chǎn)生更多的積炭，堵塞反應(yīng)管。

（4）由C2H6(g)+ O2(g)= C2H4(g)+H2O(g) ΔH2=-110 kJ/mol，知正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，工業(yè)上，保持體系總壓恒定為100kPa的條件下進行該反應(yīng)，如果在乙烷和氧氣的混合氣體中摻混惰性氣體相當于擴大容器體積，降低分壓，有利于平衡正向移動，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

因為總壓恒定為100kPa，

C2H6(g) +O2(g) = C2H4(g)+ H2O(g)

平衡量2.4% 1.0% 12% 15%kPa

該溫度下的平衡常數(shù)就是反應(yīng)達到平衡時Kp=生成物濃度冪次方的乘積比反應(yīng)物濃度冪次方的乘積，所以Kp= =75

答案：正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，恒壓充入惰性氣體相當于擴大容器體積，降低分壓，有利于平衡正向移動,75