题目
乙烷是天然气和页岩气中最常见的成分之一，工业上可以采用多种方法将乙烷转化为更有工业价值的乙烯。回答下列问题：Ⅰ.乙烷蒸汽裂解法已知：C2H6（g）+(7)/(2)O2（g）=2CO2（g）+3H2O（g）ΔH1=akJ•mol-1C2H4（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（g）ΔH2=bkJ•mol-1H2（g）+(1)/(2)O2（g）=H2O（g）ΔH3=ckJ•mol-1乙烷在一定条件可发生反应：C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）ΔH（1）ΔH= ____ kJ•mol-1（用含a、b、c的表达式表示）。（2）提高该反应平衡转化率的方法有 ____ （任写一种）。（3）一定温度下，在某恒容密闭容器内充入一定量的乙烷，若平衡时容器中总压为p、乙烷的平衡转化率为α。用含p、α的代数式表示该反应的平衡常数Kp= ____ （用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。Ⅱ.乙烷氧化脱氢法乙烷氧化脱氢制乙烯的产物中除C2H4外，还存在CO、CO2等副产物。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了不同催化剂下乙烷的转化率和乙烯的选择性关系如图甲所示（乙烯的选择性=(生成乙烯的物质的量)/(消耗乙烷的物质的量)×100%），脱氢阶段反应进程如图乙所示（吸附在催化剂表面的粒子用*标注，TS表示过渡态）。100-|||-9 -o- -催化剂a-|||-95- -△-催化剂b -.-c-|||-8 200- TS1 TS2-|||--d-|||-90 150--|||-8 TS2-|||-85- 100-|||-TS1-|||-50-|||-80- ò-|||-0- C2H5^(++H^2) _(2)(H)_(4)^*+2(H)^*-|||-75-|||-10 20 30 40 50 60 70 反应进程-|||-乙烷的转化率/%-|||-图甲 图乙（4）两种催化剂比较，催化性能较好的是 ____ （选填“a”或“b”），结合图甲解释理由是 ____ 。（5）图乙中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是 ____ （选填“c”或“d”），其判断依据是 ____ 。
乙烷是天然气和页岩气中最常见的成分之一，工业上可以采用多种方法将乙烷转化为更有工业价值的乙烯。回答下列问题：
Ⅰ.乙烷蒸汽裂解法
已知：C2H6（g）+$\frac{7}{2}$O2（g）=2CO2（g）+3H2O（g）ΔH1=akJ•mol-1
C2H4（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（g）ΔH2=bkJ•mol-1
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）ΔH3=ckJ•mol-1
乙烷在一定条件可发生反应：C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）ΔH
（1）ΔH= ____ kJ•mol-1（用含a、b、c的表达式表示）。
（2）提高该反应平衡转化率的方法有 ____ （任写一种）。
（3）一定温度下，在某恒容密闭容器内充入一定量的乙烷，若平衡时容器中总压为p、乙烷的平衡转化率为α。用含p、α的代数式表示该反应的平衡常数Kp= ____ （用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。
Ⅱ.乙烷氧化脱氢法
乙烷氧化脱氢制乙烯的产物中除C2H4外，还存在CO、CO2等副产物。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了不同催化剂下乙烷的转化率和乙烯的选择性关系如图甲所示（乙烯的选择性=$\frac{生成乙烯的物质的量}{消耗乙烷的物质的量}$×100%），脱氢阶段反应进程如图乙所示（吸附在催化剂表面的粒子用*标注，TS表示过渡态）。
（4）两种催化剂比较，催化性能较好的是 ____ （选填“a”或“b”），结合图甲解释理由是 ____ 。
（5）图乙中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是 ____ （选填“c”或“d”），其判断依据是 ____ 。
Ⅰ.乙烷蒸汽裂解法
已知：C2H6（g）+$\frac{7}{2}$O2（g）=2CO2（g）+3H2O（g）ΔH1=akJ•mol-1
C2H4（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（g）ΔH2=bkJ•mol-1
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）ΔH3=ckJ•mol-1
乙烷在一定条件可发生反应：C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）ΔH
（1）ΔH= ____ kJ•mol-1（用含a、b、c的表达式表示）。
（2）提高该反应平衡转化率的方法有 ____ （任写一种）。
（3）一定温度下，在某恒容密闭容器内充入一定量的乙烷，若平衡时容器中总压为p、乙烷的平衡转化率为α。用含p、α的代数式表示该反应的平衡常数Kp= ____ （用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。
Ⅱ.乙烷氧化脱氢法
乙烷氧化脱氢制乙烯的产物中除C2H4外，还存在CO、CO2等副产物。我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了不同催化剂下乙烷的转化率和乙烯的选择性关系如图甲所示（乙烯的选择性=$\frac{生成乙烯的物质的量}{消耗乙烷的物质的量}$×100%），脱氢阶段反应进程如图乙所示（吸附在催化剂表面的粒子用*标注，TS表示过渡态）。
（4）两种催化剂比较，催化性能较好的是 ____ （选填“a”或“b”），结合图甲解释理由是 ____ 。
（5）图乙中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是 ____ （选填“c”或“d”），其判断依据是 ____ 。
题目解答
答案
解：（1）已知反应：①C2H6（g）+$\frac{7}{2}$O2（g）=2CO2（g）+3H2O（g）ΔH1=akJ•mol-1，②C2H4（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（g）ΔH2=bkJ•mol-1，③H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）ΔH3=ckJ•mol-1，根据盖斯定律，①-②-③可得反应：C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）ΔH，则ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=（a-b-c）kJ•mol-1，
故答案为：（a-b-c）；
（2）该反应为气体体积增大的吸热反应，提高该反应平衡转化率的方法有增大容器体积减小压强；或适当升高温度，
故答案为：增大容器体积减小压强；或适当升高温度；
（3）设一定温度下，在某恒容密闭容器内充入amol乙烷，平衡时容器中总压为p、乙烷的平衡转化率为α，则有三段式：
C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）
起始量（mol） a 0 0
变化量（mol） aα aα aα
平衡量（mol） a-aα aα aα
此时气体的总物质的量为（a+aα）mol，总压强为（1+α）p，C2H6、C2H4、H2的平衡分压分别为：$\frac{a-aα}{a+aα}×P$×（1+α）=（1-α）P、αP、αP，则该反应的平衡常数Kp=$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）p（{H}_{2}）}{p（{C}_{2}{H}_{6}）}$=$\frac{αP×αP}{（1-α）P}$=$\frac{{α}^{2}P}{（1-α）}$，
故答案为：$\frac{{α}^{2}P}{（1-α）}$；
（4）由图可知，两种催化剂比较，催化性能较好的是b，理由是相同的C2H4选择性下，b催化剂的C2H6转化率更高，
故答案为：b；相同的C2H4选择性下，b催化剂的C2H6转化率更高；
（5）由图可知，图乙中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是d，其判断依据是图乙中各步相应的活化能d比c更低，反应速率更快，催化效果更好，
故答案为：d；图乙中各步相应的活化能d比c更低，反应速率更快，催化效果更好。
故答案为：（a-b-c）；
（2）该反应为气体体积增大的吸热反应，提高该反应平衡转化率的方法有增大容器体积减小压强；或适当升高温度，
故答案为：增大容器体积减小压强；或适当升高温度；
（3）设一定温度下，在某恒容密闭容器内充入amol乙烷，平衡时容器中总压为p、乙烷的平衡转化率为α，则有三段式：
C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）
起始量（mol） a 0 0
变化量（mol） aα aα aα
平衡量（mol） a-aα aα aα
此时气体的总物质的量为（a+aα）mol，总压强为（1+α）p，C2H6、C2H4、H2的平衡分压分别为：$\frac{a-aα}{a+aα}×P$×（1+α）=（1-α）P、αP、αP，则该反应的平衡常数Kp=$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）p（{H}_{2}）}{p（{C}_{2}{H}_{6}）}$=$\frac{αP×αP}{（1-α）P}$=$\frac{{α}^{2}P}{（1-α）}$，
故答案为：$\frac{{α}^{2}P}{（1-α）}$；
（4）由图可知，两种催化剂比较，催化性能较好的是b，理由是相同的C2H4选择性下，b催化剂的C2H6转化率更高，
故答案为：b；相同的C2H4选择性下，b催化剂的C2H6转化率更高；
（5）由图可知，图乙中代表催化性能较好的催化剂的反应历程是d，其判断依据是图乙中各步相应的活化能d比c更低，反应速率更快，催化效果更好，
故答案为：d；图乙中各步相应的活化能d比c更低，反应速率更快，催化效果更好。