Question

【題目】丙烯是制造一次性醫用口罩的重要原料。丙烷催化脫氫是工業生產丙烯的重要途徑，丙烷催脫氫技術主要分為氧化脫氫和直接脫氫兩種�；卮鹣铝袉栴}：

(1)丙烷催化氧化脫氫法主要反應如下：

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

反應過程中消耗的C3H8和 生成的C3H6 的物質的量隨溫度的變化關系見下表。

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

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

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

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

①反應 ii 的平衡常數、產物丙烯選擇性、副產物乙烯選擇性與溫度關系如圖所示， 分析工業生產中采用的溫度為 650°C 左右的原因是_________。

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

③欲使丙烯的產率提高，下列措施可行的是______( 填寫序號 )

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.選擇對脫氫反應更好選擇性的催化劑 d.大壓強

(3)科學家探索出利用無機膜催化丙烷脫氫制丙烯的新工藝，該工藝利用特定功能膜將生成的氫氣從反應區一側有選擇性的及時移走，從平衡角度分析該工藝的優點______。

Answer 1

【答案】大于 降低 升高溫度，反應 i 的化學平衡逆向移動 溫度控制在 650°C ，丙烯選擇性高，反應速率快，平衡常數大 50 ac 將氫氣及時移走，化學平衡C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)，正向移動，提高丙烯產率

【解析】

(1)①根據吸熱反應和放熱反應的特點判斷；

②根據溫度對平衡的影響分析；

(2) ①綜合考慮選擇性、平衡常數以及反應速率選擇合適的溫度；

②根據方程式，找出各組分的量的關系列出方程，根據平衡常數求解；

③根據平衡移動原理分析；

(3)根據平衡移動原理分析；

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

②根據表格數據可知各溫度下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i為放熱反應，升高溫度，反應 i 的化學平衡逆向移動，也會導致丙烯的選擇性下降；

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

②平衡混合氣體中有 2molCH4，則根據反應iii可知平衡時該反應消耗的n1(C3H8)=2mol；設平衡時C3H6的物質的量為x，根據反應ii可知平衡時n(H2)=x，反應ii消耗的n2(C3H8)=x，則平衡時容器n(C3H8)=(8-2-x)mol，據圖可知該溫度下反應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，則反應物和生成物的分壓減小，該反應正反應為壓強增大的反應，減小壓強平衡正向移動，可以提高丙烯的產率，故a正確；

b．氫氣為產物，增大氫氣的量會使平衡逆向移動，丙烯的產率降低，故b錯誤；

c．選擇對脫氫反應更好選擇性的催化劑，增大丙烯的選擇性，提高產率，故c正確；

d．該反應正反應為壓強增大的反應，大壓強會使平衡逆向移動，降低產率，故d錯誤；

綜上所述選ac；

(3)氫氣反應ii的產物，將氫氣及時移走， C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) 的化學平衡正向移動，提高丙烯產率；