Question

【題目】烷烴脫氫制烯烴是化工領域研究的熱點過程。在 Pt-Sn/Zn/Al2O3 催化作用下丙烷脫氫過程主要反應有：

反應 i：C3H8 (g)C3H6 (g) + H2 (g) △H1= +125 kJ·mol -1

反應 ii：C3H8 (g)+ H2 (g)C2H6(g) + CH4 (g) △H2= -56 kJ·mol -1

......

回答下列問題：

(1)丙烷脫氫過程中，生成的氣體產物除 C3H6、C2H6、CH4、H2 外，還可能有_____。

(2)丙烷脫氫反應 i、ii 的選擇性和溫度的關系如圖所示。1000 K 時丙烷更容易斷裂的化學鍵為_____。

(3)在 883 K，102 kPa 條件下發生反應 i，其反應速率v正=k正 P(C3H8)， v逆=k逆 P2(C3H6)，該溫度下速率常數 k正和 k逆數值分別為 6.0 min-1、1.3×10-3kPa-1·min-1，計算平衡常數 Kp =_____(保留 1 位小數)。當丙烷與丙烯的物質的量分數相等時，V正=_____kPa·min-1，此時反應向_____(填“向正反應進行”、“向逆反應進行”或“達到平衡狀態”)。

(4)為研究丙烷脫氫轉化率的影響因素，科學家在不同反應器中分別通入一定量的 CO2 或水蒸氣進行試驗：

①恒容條件下，通入 CO2 增加了反應 CO2 (g)+ H2 (g)CO(g) + H2O(g) △H3＜0。通入CO2 能提高丙烷脫氫轉化率的原因是_____。

②恒壓條件下，按不同水烴比 M=n(H2O)/n(C3H8)進行實驗，丙烷的平衡轉化率和溫度、水烴比的關系如圖所示。則 M1、M2、M3 由大到小的順序為_____。

Answer 1

【答案】乙烯 C-C鍵 向正方向移動 通入CO2與氫氣反應降低平衡中氫氣濃度，使丙烷脫氫的化學平衡向正反應方向移動，且CO2與氫氣的反應放熱使體系的溫度升高，升高溫度也能使丙烷脫氫的化學平衡i向正反應方向移動 M1>M2>M3

【解析】

（1）丙烷脫氫過程中可生成烯烴，生成的氣體產物除 C3H6、C2H6、CH4、H2 外，C2H6也可以脫氫生成乙烯，故還可能有乙烯；

（2）1000K時C2H6的選擇性比C3H6高，由丙烷到C2H6斷裂C-C鍵，故1000 K 時丙烷更容易斷裂的化學鍵為C-C鍵；

（3）由于起始濃度c（H2）=c（C3H6）=0，由反應i可知平衡時濃度c（H2）=c（C3H6），平衡常數 ，當平衡時v正=v逆，則；當丙烷與丙烯的物質的量分數相等時則丙烷與丙烯的壓強相等則有。，則平衡正移，故答案為：；；向正方向移動；

（4）通入CO2與氫氣反應降低平衡中氫氣濃度，使平衡i正逆，且CO2與氫氣的反應放熱，升高溫度使平衡i正逆；恒壓條件下，水烴比 M=n(H2O)/n(C3H8)越大，則容器體積越大，平衡i正移，故水烴比 M=n(H2O)/n(C3H8)越大C3H8轉化率越高，故答案為：通入CO2與氫氣反應降低平衡中氫氣濃度，使平衡i正向移動，且CO2與氫氣的反應放熱，升高溫度使平衡i正向移動；M1＞M2＞M3。