Question

【题目】丙烯是重要的有机化工原料，丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义。回答下列问题。

（1）已知：I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH=-238kJ·mol-1

II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-484kJ·mol-1

则丙烷脱氢制丙烯反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的ΔH为___。

（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)。

104Pa时，图中表示丙烯的曲线是__(填“ⅰ”、“ⅱ”、“ⅲ”或“ⅳ”)。

（3）一定温度下，向恒容密闭容器中充入1molC3H8，开始压强为pkPa，发生丙烷脱氢制丙烯反应。

①下列情况能说明丙烷脱氢制丙烯反应达到平衡状态的是__(填字母)。

A.该反应的焓变(ΔH)保持不变

B.气体平均摩尔质量保持不变

C.气体密度保持不变

D.C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等

②欲使丙烯的平衡产率提高，应采取的措施是__（填标号）。

A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强

③为提供反应所需热量，恒压时若向原料气中掺入水蒸气，则丙烷脱氢反应的K__(填“增大”、“减小”或“不变”)

（4）丙烷脱氢制丙烯反应过程中，C3H8的气体体积分数与反应时间的关系如图a所示。此温度下该反应的平衡常数Kp=__kPa(用含字母p的代数式表示，Kp是用反应体系中气体物质的分压表示的平衡常数，平衡分压=总压×物质的量分数)。

（5）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。

图中催化剂为__。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】+123kJ/mol i BD AD 增大 0.9P CrO3 C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面

【解析】

根据已知热化学方程式和盖斯定律进行计算；结合压强越大平衡逆向进行，丙烯体积分数越小判断丙烯的代表曲线；根据“变量”可作为达到平衡的标志进行分析判断；根据达到平衡时，丙烷的体积分数为25%，列出三段式计算平衡时各气体的物质的量分数，进而计算分压，再计算Kp。

(1)已知热化学方程式：I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) H=-238kJ·mol-1，II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H=-484kJ·mol-1，根据盖斯定律可知，(I-II)可得目标方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，则，故答案为：+123kJ/mol；

(2)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，△H1=+124.3kJ/mol，温度越高丙烯的体积分数越大；压强越大平衡逆向进行，丙烯体积分数越小，丙烯是生成物，减压过程中体积分数增大，由此判断图中表示丙烯的曲线是i，故答案为i；

(3)①容器的容积不变，该反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反应为气体物质的量增大的反应。

A．该反应的焓变(H)为一定值，无论反应是否达到平衡，始终保持不变，则该反应的焓变(H)保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故A不符合；

B．混合气体的总质量不变，随着反应的进行，气体物质的量增大，则气体平均摩尔质量会减小，则当气体平均摩尔质量保持不变时，能说明反应达到平衡状态，故B符合；

C．混合气体的总质量不变，容器的容积不变，则气体密度为一定值，始终保持不变，则气体密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故C不符合；

D．C3H8的分解速率为正反应速率，C3H6的消耗速率为逆反应速率，二者相等，则C3H8的分解速率与C3H8的生成速率相等，说明正逆反应速率相等，能说明反应达到平衡状态，故D符合；

故答案为：BD；

②反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)△H1=+124.3kJ/mol，正反应为吸热反应，反应前后体积增大，可采用升高温度和降低压强的方法使丙烯的平衡产率提高，故答案为：AD；

③恒压时若向原料气中掺入水蒸气，反应温度升高，平衡正向移动，丙烷脱氢反应的平衡常数K增大，故答案为：增大；

(4)由图可知达到平衡时，丙烷的体积分数为25%，设丙烷的转化量为xmol，可列出三段式

则丙烷的体积分数为，解得x=0.6，则平衡时气体总物质的量为1.6mol，根据恒温恒容时，压强之比等于物质的量之比可得，平衡时，气体的总压强为1.6pkPa，丙烯的物质的量分数、氢气的物质的量分数均为，则p(C3H8)=，p(C3H6)=p(H2)=，则，故答案为：0.9P；

(5)根据图示可知，该工艺中CrO3作催化剂时，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：CrO3；C与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面。