Question

【題目】丙烯(C3H6)是重要的有機(jī)化工原料。丙烷脫氫制丙烯發(fā)生的主要反應(yīng)及能量變化如下圖。

(1)丙烷脫氫制丙烯為強(qiáng)吸熱過程。

①為提供反應(yīng)所需熱量，恒壓時(shí)若向原料氣中摻入水蒸氣，則K(主反應(yīng))____(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，轉(zhuǎn)化率α(C3H8)_____。

②溫度升高，副反應(yīng)更容易發(fā)生的主要原因是__________________________________。

(2)下圖為丙烷直接脫氫法中丙烷和丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系(圖中的壓強(qiáng)分

別為104 Pa和105 Pa)。

①104 Pa時(shí)，圖中表示丙烯的曲線是____(填“ⅰ”、“ⅱ”、“ⅲ”或“ⅳ”)。

②104 Pa、500 ℃時(shí)，主反應(yīng)用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=_____(已知：氣體分壓=氣體總壓×體積分?jǐn)?shù))。

(3)利用CO2的弱氧化性，開發(fā)了丙烷氧化脫氫制丙烯的新工藝。

該工藝可采用鉻的氧化物為催化劑，其反應(yīng)機(jī)理如圖。

已知：CO和H2的燃燒熱分別為△H =－283.0 kJ·mol-1、△H =－285.8 kJ·mol-1。

①圖中催化劑為______。

②298 K 時(shí)，該工藝總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_____________________________________。

③該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑活性，原因是__________。

Answer 1

【答案】增大 增大 副反應(yīng)的活化能低于主反應(yīng)的活化能 ⅰ 3.3×103Pa CrO3 C3H8(g)+CO2C3H6(g)+CO(g)+H2O(l) △H =+121.5kJ/mol 碳與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面

【解析】

（1）①反應(yīng)溫度升高，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；

②由圖可知，副反應(yīng)的活化能低于主反應(yīng)的活化能；

（2）①丙烷脫氫制丙烯為氣體體積增大的反應(yīng)；

②由題意建立三段式，結(jié)合公式計(jì)算分壓常數(shù)；

（3）①由圖可知，CrO3為催化劑；

②由蓋斯定律計(jì)算可得；

③該工藝中碳與CO2反應(yīng)生成CO。

(1) ①由圖可知，丙烷脫氫制丙烯為吸熱反應(yīng)：C3H8（g）C3H6（g）+H2（g）△H =+124.3 kJ/mol，恒壓時(shí)若向原料氣中摻入水蒸氣，反應(yīng)溫度升高，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)K增大，丙烷的轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：增大；增大；

②由圖可知，副反應(yīng)的活化能低于主反應(yīng)的活化能，溫度升高，活化能較低的副反應(yīng)更容易發(fā)生，故答案為：副反應(yīng)的活化能低于主反應(yīng)的活化能；

（2）①丙烷脫氫制丙烯為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡想逆反應(yīng)方向移動(dòng)，丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)減小，故曲線ⅰ代表104 Pa時(shí)丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)，故答案為：ⅰ；

②104 Pa、500 ℃時(shí)，丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)為33%，設(shè)起始丙烷為1mol，轉(zhuǎn)化率為x，由題意建立如下三段式：

C3H8（g）C3H6（g）+H2（g）

起（mol） 1 0 0

變（mol） x x x

平（mol） 1-x x x

則由丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)為33%可得，x/(1+x)=0.33，解得x≈0.5，丙烷、丙烯和氫氣的分壓均為104Pa×1/3，則用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=（104Pa×1/3）×（104Pa×1/3）/（104Pa×1/3）=104Pa×1/3=3.3×103Pa，故答案為：3.3×103Pa；

（3）①由圖可知，反應(yīng)ⅰ為3C3H8+2CrO33C3H6+Cr2O3+3H2O，反應(yīng)ⅱ為3CO2+Cr2O32CrO3+3CO，則催化劑為CrO3，故答案為：CrO3；

②由題意可得H2（g）+1/2O2（g）=H2O(l) △H =－285.8kJ/mol①CO（g）+1/2O2（g）=CO2 (g) △H =－283.0kJ/mol②C3H8（g）C3H6（g）+H2（g）△H =+124.3 kJ/mol③,由蓋斯定律③-②+①得熱化學(xué)方程式C3H8(g)+CO2C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)，則△H =（+124.3 kJ/mol）+（－285.8kJ/mol）—（－283.0kJ/mol）=+121.5kJ/mol，故答案為：C3H8(g)+CO2C3H6(g)+CO(g)+H2O(l) △H =+121.5kJ/mol；

③該工藝中碳與CO2反應(yīng)生成CO，可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑活性，故答案為：碳與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面。