Question

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

（1）丙烷脫氫制丙烯為強吸熱過程。

①為提供反應所需熱量，恒壓時若向原料氣中摻入水蒸氣，則K(主反應)__(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，轉化率α(C3H8)__。

②溫度升高，副反應更容易發(fā)生的主要原因是__。

（2）如圖為丙烷直接脫氫法中丙烷和丙烯的平衡體積分數與溫度、壓強的關系(圖中的壓強分別為104Pa和105Pa)。

①104Pa時，圖中表示丙烯的曲線是__(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。

②104Pa、500℃時，主反應用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數Kp=__(已知：氣體分壓=氣體總壓×體積分數)。

（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，其反應機理如圖。

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

①圖中催化劑為__。

②298K時，該工藝總反應的熱化學方程式為__。

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 副反應的活化能低于主反應的活化能 Ⅰ 3.3×103Pa CrO3 C3H8(g)＋CO2(g)C3H6(g)＋CO(g)＋H2O(l) ΔH=＋121.5kJ/mol 碳與CO2反應生成CO，脫離催化劑表面

【解析】

（1）根據平衡移動原理及轉化率概念分析解答；（2）根據圖示及平衡移動原理、平衡常數表達式分析解答；（3）根據反應機理圖及催化劑的作用機理分析解答，根據蓋斯定律計算反應熱并書寫熱化學方程式。

（1）①由題可知，丙烷脫氫制丙烯為吸熱反應，恒壓時若向原料氣中摻入水蒸氣，體系溫度升高，平衡向正反應方向移動，化學平衡常數K增大，丙烷的轉化率增大；

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

（2）①丙烷脫氫制丙烯為氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，丙烯的平衡體積分數減小；該反應為吸熱反應，溫度升高，平衡向正反應方向移動，故曲線Ⅰ代表104Pa時丙烯的平衡體積分數；

②104Pa、500℃時，丙烯的平衡體積分數為33%，設起始丙烷為1mol，轉化率為x，由題意建立如下三段式：

則＝0.33，解得x≈0.5，丙烷、丙烯和氫氣的分壓均為104Pa×，則Kp＝＝104Pa×＝3.3×103Pa，故答案為：Ⅰ；3.3×103Pa；

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

②由題意可得H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8kJ/mol(a)；CO(g)＋O2(g)=CO2(g) ΔH＝－283.0kJ/mol(b)；C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)　ΔH＝＋124.3kJ/mol(c)。由蓋斯定律可得(c)－(b)＋(a)，得熱化學方程式C3H8(g)＋CO2(g)C3H6(g)＋CO(g)＋H2O(l)，則ΔH＝(＋124.3kJ/mol)－(－283.0kJ/mol)＋(－285.8kJ/mol)＝＋121.5kJ/mol；

③該工藝中碳與CO2反應生成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：CrO3；C3H8(g)＋CO2(g)C3H6(g)＋CO(g)＋H2O(l) ΔH=＋121.5kJ/mol；碳與CO2反應生成CO，脫離催化劑表面。