Question

【题目】丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图。

(1)丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程。

①为提供反应所需热量，恒压时若向原料气中掺入水蒸气，则K(主反应)______(填“增大”、“减小”或“不变”)

②温度升高，副反应更容易发生的主要原因是：_____________________________。

(2)如图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105Pa)

①104Pa时，图中表示丙烯的曲线是_________(填“i”、“ii”、“iii”或“iv”)

②104Pa、500℃时，主反应用平衡分压代替平黄浓度表示的化学平衡常数Kp＝______(已知:气体分压＝气体总压×体积分数)

(3)利用CO2的弱氧化性，开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可采用铬的氧化物为催化剂，其反应机理如图

已知：CO和H2的燃烧热分别为H＝-283.0kJ·mol-1、H＝-285.8kJ·mol-1

①图中催化剂为___________。

②298K时，该工艺总反应的热化学方程式为____________。

③该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂活性，原因是____________。

Answer 1

【答案】增大 副反应的活化能低于主反应的活化能 ⅰ 3.3×103Pa CrO3 C3H8(g)+CO2C3H6(g)+CO(g)+H2O(l) △H =+121.5kJ/mol 碳与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面

【解析】

（1）①反应温度升高，平衡向正反应方向移动；

②由图可知，副反应的活化能低于主反应的活化能；

（2）①丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应；

②由题意建立三段式，结合公式计算分压常数；

（3）①由图可知，CrO3为催化剂；

②由盖斯定律计算可得；

③该工艺中碳与CO2反应生成CO。

(1)①由图可知，丙烷脱氢制丙烯为吸热反应：C3H8（g）C3H6（g）+H2（g） △H =+124.3 kJ/mol，恒压时若向原料气中掺入水蒸气，体系温度升高，平衡向正反应方向移动，化学平衡常数K增大，故答案为增大；

②由图可知，副反应的活化能低于主反应的活化能，温度升高，活化能较低的副反应更容易发生，故答案为副反应的活化能低于主反应的活化能；

(2)①丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，丙烯的平衡体积分数减小；该反应为吸热反应，温度升高，平衡向正反应方向移动，故曲线ⅰ代表104 Pa时丙烯的平衡体积分数，故答案为ⅰ；

②104 Pa、500 ℃时，丙烯的平衡体积分数为33%，设起始丙烷为1mol，转化率为x，由题意建立如下三段式：

C3H8（g）C3H6（g）+H2（g）

起（mol） 1 0 0

变（mol） x x x

平（mol） 1-x x x

则由丙烯的平衡体积分数为33%可得，x/(1+x)=0.33，解得x≈0.5，丙烷、丙烯和氢气的分压均为104Pa×1/3，则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp==104Pa×=3.3×103Pa，故答案为3.3×103Pa；

(3)①由图可知，反应ⅰ为3C3H8+2CrO33C3H6+Cr2O3+3H2O，反应ⅱ为3CO2+Cr2O32CrO3+3CO，则催化剂为CrO3，故答案为CrO3；

②由题意可得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，由盖斯定律③-②+①得热化学方程式C3H8(g)+CO2C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)，则△H =（+124.3 kJ/mol）+（-285.8kJ/mol）-（-283.0kJ/mol）=+121.5kJ/mol，故答案为C3H8(g)+CO2C3H6(g)+CO(g)+H2O(l) △H =+121.5kJ/mol；

③该工艺中碳与CO2反应生成CO，可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂活性，故答案为碳与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面。