题目
乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。方法一：直接脱氢法Ⅰ．C2H6（g）⇌C2H4（g）+H2（g） ΔH方法二：二氧化碳氧化法Ⅱ．C2H6（g）+CO2（g）⇌C2H4（g）+H2O（g）+CO（g）Ⅲ．C2H6（g）+2CO2（g）⇌4CO（g）+3H2（g）回答下列问题：（1）相关物质的燃烧热数据如下： 物质 C2H6（g） C2H4（g） H2（g） 燃烧热ΔH（kJ•mol-1） -1560 -1411 -286 反应Ⅰ的ΔH= ____ kJ•mol-1。（2）在106kPa恒压下，分别按照反应气组成n（C2H6）：n（H2O）为1：1、1：4、1：9投料，发生反应I，乙烷的平衡转化率随反应温度的变化关系如图。图中Y点正反应速率和Z点逆反应速率的大小关系为v（Y） ____ （填“＞”“=”或“＜”）v（Z）。在T4℃，按n（C2H6）：n（H2O）=1：9投料时，若达到平衡所需要的时间为20min，则平均反应速率v（C2H6）= ____ kPa•min-1。100 乙烷的平衡转化率/%-|||-80-|||-X(T4,60)-|||-60 I-|||-Y(T4,45)-|||-40 Ⅱ-|||-Z(T4,25)-|||-20 m-|||-0-|||-T1 T2 T3 T4 T5 T6温度/℃（3）当C2H6裂解反应达到平衡状态时，体系将会产生大量积碳，主要发生的反应及其在不同温度下的平衡常数如下表： 反应 1100K 1300K 1500K ⅰ．C2H6⇌C2H4+H2 1.6 18.9 72.0 ⅱ．(C)_(2)(H)_(6)⇌(1)/(2)(C)_(2)(H)_(4)+C(H)_(4) 60.9 108.7 165.8 ⅲ．C2H4⇌C2H2+H2 0.015 0.33 3.2 ⅳ．C2H2⇌2C+H2 6.5×107 1.5×106 1.0×105 由表中数据分析，平衡时混合气体中 ____ （填化学式）的百分含量最大；为提高乙烯的产率，工业生产的适宜反应条件是 ____ （填字母）。A．高温、较长的反应时间 B．高温、较短的反应时间C．低温、较长的反应时间 D．低温、较短的反应时间（4）研究催化剂X和催化剂Y对“二氧化碳氧化法”的影响，在923K和保持总压恒定的条件下，C2H6和CO2按物质的量1：1投料，所得实验数据如表： 催化剂 C2H6转化率/% CO2转化率/% 催化剂X 19.0 37.6 催化剂Y 18.0 21.0 结合上述数据分析，“二氧化碳氧化法”的最佳催化剂是 ____ ，判断依据是 ____ 。
乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。
方法一：直接脱氢法
Ⅰ．C2H6（g）⇌C2H4（g）+H2（g） ΔH
方法二：二氧化碳氧化法
Ⅱ．C2H6（g）+CO2（g）⇌C2H4（g）+H2O（g）+CO（g）
Ⅲ．C2H6（g）+2CO2（g）⇌4CO（g）+3H2（g）
回答下列问题：
（1）相关物质的燃烧热数据如下：
反应Ⅰ的ΔH= ____ kJ•mol-1。
（2）在106kPa恒压下，分别按照反应气组成n（C2H6）：n（H2O）为1：1、1：4、1：9投料，发生反应I，乙烷的平衡转化率随反应温度的变化关系如图。图中Y点正反应速率和Z点逆反应速率的大小关系为v（Y） ____ （填“＞”“=”或“＜”）v（Z）。在T4℃，按n（C2H6）：n（H2O）=1：9投料时，若达到平衡所需要的时间为20min，则平均反应速率v（C2H6）= ____ kPa•min-1。
（3）当C2H6裂解反应达到平衡状态时，体系将会产生大量积碳，主要发生的反应及其在不同温度下的平衡常数如下表：
由表中数据分析，平衡时混合气体中 ____ （填化学式）的百分含量最大；为提高乙烯的产率，工业生产的适宜反应条件是 ____ （填字母）。
A．高温、较长的反应时间 B．高温、较短的反应时间
C．低温、较长的反应时间 D．低温、较短的反应时间
（4）研究催化剂X和催化剂Y对“二氧化碳氧化法”的影响，在923K和保持总压恒定的条件下，C2H6和CO2按物质的量1：1投料，所得实验数据如表：
结合上述数据分析，“二氧化碳氧化法”的最佳催化剂是 ____ ，判断依据是 ____ 。
方法一：直接脱氢法
Ⅰ．C2H6（g）⇌C2H4（g）+H2（g） ΔH
方法二：二氧化碳氧化法
Ⅱ．C2H6（g）+CO2（g）⇌C2H4（g）+H2O（g）+CO（g）
Ⅲ．C2H6（g）+2CO2（g）⇌4CO（g）+3H2（g）
回答下列问题：
（1）相关物质的燃烧热数据如下：
| 物质 | C2H6（g） | C2H4（g） | H2（g） |
| 燃烧热ΔH（kJ•mol-1） | -1560 | -1411 | -286 |
（2）在106kPa恒压下，分别按照反应气组成n（C2H6）：n（H2O）为1：1、1：4、1：9投料，发生反应I，乙烷的平衡转化率随反应温度的变化关系如图。图中Y点正反应速率和Z点逆反应速率的大小关系为v（Y） ____ （填“＞”“=”或“＜”）v（Z）。在T4℃，按n（C2H6）：n（H2O）=1：9投料时，若达到平衡所需要的时间为20min，则平均反应速率v（C2H6）= ____ kPa•min-1。
（3）当C2H6裂解反应达到平衡状态时，体系将会产生大量积碳，主要发生的反应及其在不同温度下的平衡常数如下表：
| 反应 | 1100K | 1300K | 1500K |
| ⅰ．C2H6⇌C2H4+H2 | 1.6 | 18.9 | 72.0 |
| ⅱ．${C}_{2}{H}_{6}⇌\frac{1}{2}{C}_{2}{H}_{4}+C{H}_{4}$ | 60.9 | 108.7 | 165.8 |
| ⅲ．C2H4⇌C2H2+H2 | 0.015 | 0.33 | 3.2 |
| ⅳ．C2H2⇌2C+H2 | 6.5×107 | 1.5×106 | 1.0×105 |
A．高温、较长的反应时间 B．高温、较短的反应时间
C．低温、较长的反应时间 D．低温、较短的反应时间
（4）研究催化剂X和催化剂Y对“二氧化碳氧化法”的影响，在923K和保持总压恒定的条件下，C2H6和CO2按物质的量1：1投料，所得实验数据如表：
| 催化剂 | C2H6转化率/% | CO2转化率/% |
| 催化剂X | 19.0 | 37.6 |
| 催化剂Y | 18.0 | 21.0 |
题目解答
答案
解：（1）根据表格中信息可知，①${H}_{2}（g）+\frac{1}{2}{O}_{2}（g）={H}_{2}O（l）\;\;\;\;ΔH=-286kJ/mol$，②${C}_{2}{H}_{6}（g）+\frac{7}{2}{O}_{2}（g）=2C{O}_{2}（g）+3{H}_{2}O（l）\;\;\;\;ΔH=-1560kJ/mol$，③C2H4（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-1411kJ/mol，根据盖斯定律知，反应②-反应③-反应①得：C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g），反应热ΔH=（-1560+1411+286）kJ•mol-1=+137kJ•mol-1，
故答案为：+137；
（2）恒压条件下，乙烷和水蒸气的比值减小相当于增大体积，平衡向正反应方向移动，乙烷的转化率增大，相同温度时，曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应乙烷的转化率依次减小，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示n（C2H6）：n（H2O）为1：9、1：4、1：1投料；Z点浓度大于Y点，浓度越大，反应速率越快，即Y点反应速率小于Z点；在T4℃，按n（C2H6）：n（H2O）=1：9投料时，乙烷的平衡转化率为60%，设起始乙烷和水蒸气的物质的量分别为1mol和9mol，由三段式：
$\begin{array}{c}{}&{C}_{2}{H}_{6}（g）&⇌&{C}_{2}{H}_{4}（g）&+&{H}_{2}（g）\\ 起（mol）&1&{}&0&{}&0\\ 变（mol）&0.6&{}&0.6&{}&0.6\\ 平（mol）&0.4&{}&0.6&{}&0.6\end{array}$
乙烷的起始分压为106kPa×0.1=10.6kPa，平衡时乙烷、乙烯、氢气的平衡分压为$106kPa×\frac{0.4}{10.6}=4kPa$、$106kPa×\frac{0.6}{10.6}=6kPa$、$106kPa×\frac{0.6}{10.6}=6kPa$，则20min内乙烷的平均反应速率为$\frac{10.6kPa-4kPa}{20\;min}=0.33kPa•mi{n}^{-1}$，
故答案为：＜；0.33；
（3）反应ⅳ的平衡常数远大于其它反应，体系主要得到碳和氢气，其它气体含量很少，所以平衡时混合气体中H2的百分含量最大；反应ⅰ、ⅱ生成乙烯，温度升高平衡常数增大，所以需要高温，时间过长，生成的C2H4发生反应ⅲ、ⅳ而消耗，产生积碳，所以适宜条件为“高温、较短反应时间”，
故答案为：H2；B；
（4）二氧化碳氧化法制乙烯，Ⅱ为主反应，Ⅲ为副反应，若只发生反应Ⅱ，C2H6和CO2的转化率为1：1，若只发生反应Ⅲ，C2H6和CO2的转化率为1：2，催化剂X条件下，C2H6和CO2的转化率接近1：2，而催化剂Y条件下二者转化率更接近1：1，说明使用催化剂Y时，反应Ⅱ的平衡转化率远高于反应Ⅲ，
故答案为：催化剂Y；使用催化剂Y时，反应Ⅱ的平衡转化率远高于反应Ⅲ。
故答案为：+137；
（2）恒压条件下，乙烷和水蒸气的比值减小相当于增大体积，平衡向正反应方向移动，乙烷的转化率增大，相同温度时，曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应乙烷的转化率依次减小，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示n（C2H6）：n（H2O）为1：9、1：4、1：1投料；Z点浓度大于Y点，浓度越大，反应速率越快，即Y点反应速率小于Z点；在T4℃，按n（C2H6）：n（H2O）=1：9投料时，乙烷的平衡转化率为60%，设起始乙烷和水蒸气的物质的量分别为1mol和9mol，由三段式：
$\begin{array}{c}{}&{C}_{2}{H}_{6}（g）&⇌&{C}_{2}{H}_{4}（g）&+&{H}_{2}（g）\\ 起（mol）&1&{}&0&{}&0\\ 变（mol）&0.6&{}&0.6&{}&0.6\\ 平（mol）&0.4&{}&0.6&{}&0.6\end{array}$
乙烷的起始分压为106kPa×0.1=10.6kPa，平衡时乙烷、乙烯、氢气的平衡分压为$106kPa×\frac{0.4}{10.6}=4kPa$、$106kPa×\frac{0.6}{10.6}=6kPa$、$106kPa×\frac{0.6}{10.6}=6kPa$，则20min内乙烷的平均反应速率为$\frac{10.6kPa-4kPa}{20\;min}=0.33kPa•mi{n}^{-1}$，
故答案为：＜；0.33；
（3）反应ⅳ的平衡常数远大于其它反应，体系主要得到碳和氢气，其它气体含量很少，所以平衡时混合气体中H2的百分含量最大；反应ⅰ、ⅱ生成乙烯，温度升高平衡常数增大，所以需要高温，时间过长，生成的C2H4发生反应ⅲ、ⅳ而消耗，产生积碳，所以适宜条件为“高温、较短反应时间”，
故答案为：H2；B；
（4）二氧化碳氧化法制乙烯，Ⅱ为主反应，Ⅲ为副反应，若只发生反应Ⅱ，C2H6和CO2的转化率为1：1，若只发生反应Ⅲ，C2H6和CO2的转化率为1：2，催化剂X条件下，C2H6和CO2的转化率接近1：2，而催化剂Y条件下二者转化率更接近1：1，说明使用催化剂Y时，反应Ⅱ的平衡转化率远高于反应Ⅲ，
故答案为：催化剂Y；使用催化剂Y时，反应Ⅱ的平衡转化率远高于反应Ⅲ。