Question

【題目】丙烯是重要的有機(jī)化工原料，丙烷脫氫制丙烯具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值和社會意義。回答下列問題。

（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

則丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的ΔH為___。

（2）如圖為丙烷直接脫氫法中丙烷和丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系(圖中的壓強(qiáng)分別為104Pa和105Pa)。

104Pa時，圖中表示丙烯的曲線是__(填“ⅰ”、“ⅱ”、“�！被颉阿ぁ�)。

（3）一定溫度下，向恒容密閉容器中充入1molC3H8，開始壓強(qiáng)為pkPa，發(fā)生丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)。

①下列情況能說明丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__(填字母)。

A.該反應(yīng)的焓變(ΔH)保持不變

B.氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變

C.氣體密度保持不變

D.C3H8分解速率與C3H6消耗速率相等

②欲使丙烯的平衡產(chǎn)率提高，應(yīng)采取的措施是__（填標(biāo)號）。

A.升高溫度 B.降低溫度 C.增大壓強(qiáng) D.降低壓強(qiáng)

③為提供反應(yīng)所需熱量，恒壓時若向原料氣中摻入水蒸氣，則丙烷脫氫反應(yīng)的K__(填“增大”、“減小”或“不變”)

（4）丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)過程中，C3H8的氣體體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖a所示。此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=__kPa(用含字母p的代數(shù)式表示，Kp是用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)的分壓表示的平衡常數(shù)，平衡分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

（5）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。該工藝可采用鉻的氧化物為催化劑，其反應(yīng)機(jī)理如圖。

圖中催化劑為__。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】+123kJ/mol i BD AD 增大 0.9P CrO3 C與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面

【解析】

根據(jù)已知熱化學(xué)方程式和蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；結(jié)合壓強(qiáng)越大平衡逆向進(jìn)行，丙烯體積分?jǐn)?shù)越小判斷丙烯的代表曲線；根據(jù)“變量”可作為達(dá)到平衡的標(biāo)志進(jìn)行分析判斷；根據(jù)達(dá)到平衡時，丙烷的體積分?jǐn)?shù)為25%，列出三段式計(jì)算平衡時各氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，進(jìn)而計(jì)算分壓，再計(jì)算Kp。

(1)已知熱化學(xué)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，根據(jù)蓋斯定律可知，(I-II)可得目標(biāo)方程式C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，則，故答案為：+123kJ/mol；

(2)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，△H1=+124.3kJ/mol，溫度越高丙烯的體積分?jǐn)?shù)越大；壓強(qiáng)越大平衡逆向進(jìn)行，丙烯體積分?jǐn)?shù)越小，丙烯是生成物，減壓過程中體積分?jǐn)?shù)增大，由此判斷圖中表示丙烯的曲線是i，故答案為i；

(3)①容器的容積不變，該反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)。

A．該反應(yīng)的焓變(H)為一定值，無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡，始終保持不變，則該反應(yīng)的焓變(H)保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A不符合；

B．混合氣體的總質(zhì)量不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量增大，則氣體平均摩爾質(zhì)量會減小，則當(dāng)氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變時，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B符合；

C．混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積不變，則氣體密度為一定值，始終保持不變，則氣體密度保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C不符合；

D．C3H8的分解速率為正反應(yīng)速率，C3H6的消耗速率為逆反應(yīng)速率，二者相等，則C3H8的分解速率與C3H8的生成速率相等，說明正逆反應(yīng)速率相等，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D符合；

故答案為：BD；

②反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)△H1=+124.3kJ/mol，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)前后體積增大，可采用升高溫度和降低壓強(qiáng)的方法使丙烯的平衡產(chǎn)率提高，故答案為：AD；

③恒壓時若向原料氣中摻入水蒸氣，反應(yīng)溫度升高，平衡正向移動，丙烷脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)K增大，故答案為：增大；

(4)由圖可知達(dá)到平衡時，丙烷的體積分?jǐn)?shù)為25%，設(shè)丙烷的轉(zhuǎn)化量為xmol，可列出三段式

則丙烷的體積分?jǐn)?shù)為，解得x=0.6，則平衡時氣體總物質(zhì)的量為1.6mol，根據(jù)恒溫恒容時，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可得，平衡時，氣體的總壓強(qiáng)為1.6pkPa，丙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為，則p(C3H8)=，p(C3H6)=p(H2)=，則，故答案為：0.9P；

(5)根據(jù)圖示可知，該工藝中CrO3作催化劑時，碳與CO2反應(yīng)生成CO，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：CrO3；C與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面。