Question

【題目】戴口罩是防控新型冠狀病毒的重要手段，口罩生產(chǎn)的主要原料聚丙烯由丙烯聚合而來。丙烷脫氫是丙烯工業(yè)生產(chǎn)的重要途徑，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) △H＞0。回答下列問題：

（1）從工業(yè)生產(chǎn)的角度來看制備丙烯所用的丙烷可以從下面工業(yè)氣體中獲得的是___________。

A.液化石油氣 B.煉鐵高爐尾氣 C.水煤氣 D.焦?fàn)t氣

（2）104Pa、105Pa時(shí)由一定量丙烷脫氫制丙烯，反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡，測(cè)得丙烷、丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化關(guān)系如圖示。

①104Pa時(shí)丙烷及丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化關(guān)系的曲線分別是___________、___________。

②丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)在___________(選“高溫”或低溫”）時(shí)更加容易自發(fā)進(jìn)行。

③起始時(shí)充入一定量的丙烷發(fā)生反應(yīng)，計(jì)算Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)KP=___________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

（3）一種丙烷脫氫制丙烯工藝生產(chǎn)中增加了氧化脫氫部分，O2被引入到脫氫反應(yīng)體系中，這樣做的好處是___________。

（4）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。其反應(yīng)機(jī)理如圖所示。

已知：CO和C3H6、C3H8的燃燒熱△H分別為-283.0kJmol-1、-2049.0kJmol-1、-2217.8kJmol-1。

①298K時(shí)，該工藝總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___________________________。

②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】A c b 高溫 12500Pa O2與H2反應(yīng)生成H20，使脫氫反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，提高丙烯轉(zhuǎn)化率；丙烷脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，O2與H2反應(yīng)放熱，為脫氫反應(yīng)提供熱量 CO2(g)+C3H8(g)=C3H6(g)+CO(g)+H2O(l) △H=+114.2kJ·mol-1 碳和二氧化碳生成一氧化碳?xì)怏w，脫離催化劑

【解析】

(1)根據(jù)工業(yè)上常用于獲取烷烴的原料解答；

(2)①丙烷為反應(yīng)物，丙烯是生成物，所以a、c代表丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，b、d代表丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，再結(jié)合壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響，進(jìn)一步分析解答；

②由圖像分析，溫度升高，平衡正移，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，吸熱反應(yīng)高溫下更容易自發(fā)進(jìn)行；

③建立三段式，結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算；

(3)結(jié)合平衡移動(dòng)原理進(jìn)行分析解答；

(4)根據(jù)已知，寫出CO和C3H6、C3H8的燃燒熱反應(yīng)方程式，結(jié)合轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理，得到總的反應(yīng)方程式，再根據(jù)蓋斯定律計(jì)算總反應(yīng)方程式的反應(yīng)熱，碳和二氧化碳生成一氧化碳?xì)怏w，脫離催化劑，可維持催化劑活性。

(1)工業(yè)上常從液化石油氣中獲取丙烷，故答案為：A；

(2)①正反應(yīng)吸熱，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，丙烷的含量減少，由圖像分析可知，a、c代表丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，b、d代表丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，對(duì)于反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，所以曲線c代表104Pa時(shí)丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化關(guān)系，曲線b代表104Pa時(shí)丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化關(guān)系，故答案為：c；b；

②因?yàn)榉磻?yīng)吸熱，所以溫度越高，反應(yīng)越容易自發(fā)進(jìn)行，即高溫時(shí)更加容易自發(fā)進(jìn)行，故答案為：高溫；

③由圖像可得，Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)為105Pa，平衡時(shí)丙烷的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為50%，設(shè)起始時(shí)充入1mol丙烷，列三段式有：

則有，解得x=，所以平衡常數(shù)，故答案為：12500Pa；

(3)氧化脫氫時(shí)，可以使O2與H2反應(yīng)生成H20，使脫氫反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，提高丙烯轉(zhuǎn)化率；同時(shí)，丙烷脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，O2與H2反應(yīng)放熱，可為脫氫反應(yīng)提供熱量，故答案為：O2與H2反應(yīng)生成H20，使脫氫反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，提高丙烯轉(zhuǎn)化率；丙烷脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，O2與H2反應(yīng)放熱，為脫氫反應(yīng)提供熱量；

(4)①由已知CO和C3H6、C3H8的燃燒熱△H分別為-283.0kJmol-1、-2049.0kJmol-1、-2217.8kJmol-1，則有：

①CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0 kJmol-1

②C3H6(g)+O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2049.0kJmol-1

③C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2217.8kJmol-1

該反應(yīng)的總反應(yīng)式為CO2(g)+C3H8(g)=C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)，根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)③-①-②可得總反應(yīng)，則總反應(yīng)的反應(yīng)熱為-2217.8kJmol-1-(-2049.0kJmol-1)-(-283.0 kJmol-1)=114.2kJ·mol-1，故答案為：CO2(g)+C3H8(g)=C3H6(g)+CO(g)+H2O(l) △H=+114.2kJ·mol-1；

②由于碳和二氧化碳生成一氧化碳?xì)怏w，脫離催化劑，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：碳和二氧化碳生成一氧化碳?xì)怏w，脫離催化劑。