Question

【題目】丙烯是制造一次性醫(yī)用口罩的重要原料。丙烷催化脫氫是工業(yè)生產(chǎn)丙烯的重要途徑，丙烷催脫氫技術(shù)主要分為氧化脫氫和直接脫氫兩種。回答下列問(wèn)題：

(1)丙烷催化氧化脫氫法主要反應(yīng)如下：

2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g) △H1=-236kJ·mol-1(i)

反應(yīng)過(guò)程中消耗的C3H8和 生成的C3H6 的物質(zhì)的量隨溫度的變化關(guān)系見(jiàn)下表。

反應(yīng)溫度/℃ n(消耗)或n(生成)/mol	535	550	575
C3H8	6	13	33
C3H6	4	8	17

①反應(yīng)i中反應(yīng)物的總能量 _______生成物的總能量(填“大于”“小于”或“等于”)。

②分析表中數(shù)據(jù)得到丙烯的選擇性隨溫度的升高而______(填寫(xiě)“不變”“升高”“降 低”)； 出現(xiàn)此結(jié)果的原因除生成乙烯等副產(chǎn)物外還可能是 _________。(C3H6的選擇性＝×100%)

(2)丙烷催化直接脫氫反應(yīng)： C3H8(g) C3H6(g)+ H2(g) △H2=+124. 3kJmol -1 ( ii ) 副反應(yīng)：C3H8 (g) C2H4 (g) + CH4(g) △H3(iii)

①反應(yīng) ii 的平衡常數(shù)、產(chǎn)物丙烯選擇性、副產(chǎn)物乙烯選擇性與溫度關(guān)系如圖所示， 分析工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度為 650°C 左右的原因是_________。

②溫度為 670°C 時(shí)，若在 1L 的容器中投入 8 molC3H8，充分反應(yīng)后，平衡混合氣體中有 2molCH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，計(jì)算該條件下C3H6 的選擇性為___％。

③欲使丙烯的產(chǎn)率提高，下列措施可行的是______( 填寫(xiě)序號(hào) )

a.恒壓條件下向原料氣中摻雜水蒸氣 b.增大氫氣與丙烷的投料比 c.選擇對(duì)脫氫反應(yīng)更好選擇性的催化劑 d.大壓強(qiáng)

(3)科學(xué)家探索出利用無(wú)機(jī)膜催化丙烷脫氫制丙烯的新工藝，該工藝?yán)�用特定功能膜將生成的氫氣從反�?yīng)區(qū)一側(cè)有選擇性的及時(shí)移走，從平衡角度分析該工藝的優(yōu)點(diǎn)______。

Answer 1

【答案】大于 降低 升高溫度，反應(yīng) i 的化學(xué)平衡逆向移動(dòng) 溫度控制在 650°C ，丙烯選擇性高，反應(yīng)速率快，平衡常數(shù)大 50 ac 將氫氣及時(shí)移走，化學(xué)平衡C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)，正向移動(dòng)，提高丙烯產(chǎn)率

【解析】

(1)①根據(jù)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的特點(diǎn)判斷；

②根據(jù)溫度對(duì)平衡的影響分析；

(2) ①綜合考慮選擇性、平衡常數(shù)以及反應(yīng)速率選擇合適的溫度；

②根據(jù)方程式，找出各組分的量的關(guān)系列出方程，根據(jù)平衡常數(shù)求解；

③根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；

(3)根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；

(1)①反應(yīng)i的焓變小于0，所以為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量；

②根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知各溫度下C3H6的選擇性分別為、、，>>所以隨溫度升高丙烯的選擇性降低；反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng) i 的化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致丙烯的選擇性下降；

(2)①據(jù)圖可知，溫度控制在 650°C ，丙烯選擇性高，且此時(shí)溫度較高，反應(yīng)速率快，而且該溫度條件下平衡常數(shù)較大；

②平衡混合氣體中有 2molCH4，則根據(jù)反應(yīng)iii可知平衡時(shí)該反應(yīng)消耗的n1(C3H8)=2mol；設(shè)平衡時(shí)C3H6的物質(zhì)的量為x，根據(jù)反應(yīng)ii可知平衡時(shí)n(H2)=x，反應(yīng)ii消耗的n2(C3H8)=x，則平衡時(shí)容器n(C3H8)=(8-2-x)mol，據(jù)圖可知該溫度下反應(yīng)ii的lg=0，所以K=1，容器體積為1L，則有，解得x=2mol，C3H6的選擇性＝×100%==50%；

③a．恒壓條件下向原料氣中摻雜水蒸氣，則反應(yīng)物和生成物的分壓減小，該反應(yīng)正反應(yīng)為壓強(qiáng)增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，可以提高丙烯的產(chǎn)率，故a正確；

b．氫氣為產(chǎn)物，增大氫氣的量會(huì)使平衡逆向移動(dòng)，丙烯的產(chǎn)率降低，故b錯(cuò)誤；

c．選擇對(duì)脫氫反應(yīng)更好選擇性的催化劑，增大丙烯的選擇性，提高產(chǎn)率，故c正確；

d．該反應(yīng)正反應(yīng)為壓強(qiáng)增大的反應(yīng)，大壓強(qiáng)會(huì)使平衡逆向移動(dòng)，降低產(chǎn)率，故d錯(cuò)誤；

綜上所述選ac；

(3)氫氣反應(yīng)ii的產(chǎn)物，將氫氣及時(shí)移走， C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) 的化學(xué)平衡正向移動(dòng)，提高丙烯產(chǎn)率；