Question

【题目】丙烯是一种重要的石油化工原料，丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义，其中一种工艺原理如下:

①C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)△H1

②C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g) △H2=+81.7kJ/mol

③C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) △H3

④C3H8(g) +H2(g) CH4(g)+C2H6(g) △H4=-54.8kJ/mol

(1)计算反应③的反应热△H3=______________。

(2)丙烷脱氢平衡常数、丙烷裂解产物选择性与温度关系如图1所示，从图像判断△H2____0，工业生产中采用的温度600-650℃，原因是__________________。

(3)温度为650℃时，在1L的容器中投入1molC3H8和1molH2发生反应①，计算该条件下C3H8理论脱氢率为(保留3位有效数字，下同)_________________(已知: )

(4)不同氢烃比和温度对丙院脱氢平衡转化率的影响如上图2所示。相同温度下，增大氢烃比平衡转化率下降的原因是__________________。

(5)丙烯经过两步氧化可制得丙烯酸(用HR表示，其电离常数Ka=5.55×10-5)。常温下，丙烯酸钠的水解常数为________，将0.2mol/LHR与0.1mol/LNaOH等体积混合，则溶液中的离子浓度大小顺序为__________________。

Answer 1

【答案】 -136.5kJ/mol > 温度低于600℃,脱氢选择性高，反应速率较慢；温度过高于650℃,反应速率快，但丙烯选择性低，所以选择600-650℃ 41.4%(或0.414) 氢气为脱氢反应的产物之一，原料中氢气浓度的增加会抑制反应的进行( 1.80×10-10 c(R)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)

【解析】(1)反应④—反应②即得反应③，所以△H3=△H4—△H2= -136.5kJ/mol；

(2)根据图象1可知，丙烷脱热闹承认平衡常数随温度的升高而增大，所以△H2>0；工业生产中采用的温度600-650℃，因为温度低于600℃，脱氢选择性高，反应速率较慢；温度过高于650℃，反应速率快，但丙烯选择性低，所以选择600-650℃；

(3)由图象可知在650℃时，C3H8的脱氢平衡常数为1，由反应①C3H8(g)C3H6(g)+ H2(g)，设C3H8的脱氢率为x，则平衡时C3H8为(1-x)mol，C3H6 xmol，H2为(1+x)mol，则平衡常数K==1，则x=0.414或41.4%；

(4)相同温度下，增大氢烃比，由图象2可知，丙院脱氢平衡转化率是下降的，因为随着氢气量的增加，平衡向左移动，所以丙院脱氢平衡转化率降低；

(5)已知丙烯酸(用HR表示)的电离常数Ka=5.55×10-5，则烯酸钠的水解常数Kh=Kw/Ka =1.0×10-14/5.55×10-5 = 1.80×10-10；将0.2mol/LHR与0.1mol/LNaOH等体积混合后，溶液中的溶质为等浓度的NaR和HR的混合溶液，由于HR的电离常数(Ka=5.55×10-5)大于R—的水解常数(Kh=1.80×10-10)，所以溶液呈酸性，则溶液中的离子浓度大小顺序为c(R)>c(Na+)> c(H+) >c(OH-)。