[题目]丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料.丙烷直接脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图:回答下列问题:(1)丙烷直接脱氢制丙烯为强吸热过程.该反应必须在高温下进行.但温度越高副反应进行程度越大.同时还会降低催化剂的活性和选择性.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� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

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

回答下列问题：

（1）丙烷直接脱氢制丙烯为强吸热过程，该反应必须在高温下进行，但温度越高副反应进行程度越大，同时还会降低催化剂的活性和选择性。

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p1、p2分别为1×104 Pa和1×105 Pa)。

①1×104 Pa时，如图中表示丙烯的曲线是____(填“ⅰ”、“ⅱ”、“ⅲ”或“ⅳ”)。

②1×105Pa、500℃时，若只发生上述主反应和副反应，则达平衡时，丙烷转化为丙烯的转化率为____。

（3）为克服丙烷直接脱氢法的缺点，科学家探索出在无机膜反应器中进行丙烷脱氢制丙烯的技术。在膜反应器中，利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性地及时移走。与丙烷直接脱氢法相比，该方法的优点是__________。

（4）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、△H =－285.8kJ/mol。

①反应（ⅰ）的化学方程式为_____。

②25℃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_______。

【答案】增大副反应的活化能低于主反应的活化能 ⅰ 16.5% 使反应始终未达到平衡状态，突破反应限度，提高丙烯产率，且能保证催化剂具有较高的活性和选择性 3C3H8 + 2CrO33C3H6 + Cr2O3 + 3H2O 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丙烷脱氢制丙烯对应的化学方程式为C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g），恒压时向原料气中掺入水蒸气，体积增大，压强减小，平衡向正反应方向进行；

②副反应活化能小；

（2）①压强越大平衡逆向进行，丙烯体积分数越小；

②设丙烷起始量为1 mol，转化为丙烯的物质的量为x mol，转化为乙烯与甲烷的为ymol，再根据主反应与副反应列出关系式作答。

（3）①使反应始终未达到平衡状态，突破反应限度，提高丙烯产率，且能保证催化剂具有较高的活性和选择性；

（4）①根据图示信息书写；

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丙烷脱氢制丙烯对应的化学方程式为C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g），△H1=+124.3kJ/mol，恒压时向原料气中掺入水蒸气，体积增大，压强减小，平衡向正反应方向进行，K(主反应)增大，丙烷转化率α(C3H8)增大，故答案为：增大；

②副反应活化能小，温度升高，副反应更容易发生，所以副反应更容易发生的主要原因是：Ea1＞Ea2，即副反应的活化能低于主反应的活化能，故答案为：副反应的活化能低于主反应的活化能；

(2)①C3H8（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；

②由上图温度和压强对物质体积分数的影响可以看出，1×105Pa、500℃时，丙烯的平衡体积分数为14%，丙烷的平衡体积分数为70%，设丙烷起始量为1 mol，转化为丙烯的物质的量为x mol，转化为乙烯与甲烷的为ymol，根据主反应为：C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g），副反应：C3H8（g）=C2H4（g）+CH4（g）可知，反应后的气体总得物质的量为(1+x+y)mol，则 ①，②，解得x=0.165mol，故转化率为，故答案为：16.5%；

(3)利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性地及时移走，可以使反应始终未达到平衡状态，突破反应限度，提高丙烯产率，且能保证催化剂具有较高的活性和选择性，故答案为：使反应始终未达到平衡状态，突破反应限度，提高丙烯产率，且能保证催化剂具有较高的活性和选择性；

（4）①图示信息中可以看出，C3H8与CrO3反应生成了C3H6与Cr2O3，则反应的化学方程式为：C3H8 + 2CrO33C3H6 + Cr2O3 + 3H2O，故答案为：C3H8 + 2CrO33C3H6 + Cr2O3 + 3H2O；

②由题意可得H2（g）+1/2O2（g）=H2O(l) △H =－285.8kJ/mol①；CO（g）+1/2O2（g）=CO2 (g) △H =－283.0kJ/mol②；C3H8（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。

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