Question

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

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

A.液化石油氣 B.煉鐵高爐尾氣 C.水煤氣 D.焦爐氣

（2）104Pa、105Pa時由一定量丙烷脫氫制丙烯，反應在不同溫度下達到平衡，測得丙烷、丙烯的物質的量分數變化關系如圖示。

①104Pa時丙烷及丙烯的物質的量分數隨溫度變化關系的曲線分別是___________、___________。

②丙烷脫氫制丙烯反應在___________(選“高溫”或低溫”）時更加容易自發進行。

③起始時充入一定量的丙烷發生反應，計算Q點對應溫度下該反應的平衡常數KP=___________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

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

（4）利用CO2的弱氧化性，開發了丙烷氧化脫氫制丙烯的新工藝。其反應機理如圖所示。

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，該工藝總反應的熱化學方程式為___________________________。

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反應生成H20，使脫氫反應平衡正向移動，提高丙烯轉化率；丙烷脫氫反應為吸熱反應，O2與H2反應放熱，為脫氫反應提供熱量 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氣體，脫離催化劑

【解析】

(1)根據工業上常用于獲取烷烴的原料解答；

(2)①丙烷為反應物，丙烯是生成物，所以a、c代表丙烷的物質的量分數，b、d代表丙烯的物質的量分數，再結合壓強對平衡移動的影響，進一步分析解答；

②由圖像分析，溫度升高，平衡正移，反應為吸熱反應，吸熱反應高溫下更容易自發進行；

③建立三段式，結合平衡常數計算公式進行計算；

(3)結合平衡移動原理進行分析解答；

(4)根據已知，寫出CO和C3H6、C3H8的燃燒熱反應方程式，結合轉化反應機理，得到總的反應方程式，再根據蓋斯定律計算總反應方程式的反應熱，碳和二氧化碳生成一氧化碳氣體，脫離催化劑，可維持催化劑活性。

(1)工業上常從液化石油氣中獲取丙烷，故答案為：A；

(2)①正反應吸熱，升高溫度平衡向正反應方向進行，丙烷的含量減少，由圖像分析可知，a、c代表丙烷的物質的量分數，b、d代表丙烯的物質的量分數，對于反應C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)，增大壓強，平衡逆向移動，丙烷的物質的量分數增大，丙烯的物質的量分數減小，所以曲線c代表104Pa時丙烷的物質的量分數隨溫度變化關系，曲線b代表104Pa時丙烯的物質的量分數隨溫度變化關系，故答案為：c；b；

②因為反應吸熱，所以溫度越高，反應越容易自發進行，即高溫時更加容易自發進行，故答案為：高溫；

③由圖像可得，Q點對應的壓強為105Pa，平衡時丙烷的物質的量分數為50%，設起始時充入1mol丙烷，列三段式有：

則有，解得x=，所以平衡常數，故答案為：12500Pa；

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

(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

該反應的總反應式為CO2(g)+C3H8(g)=C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)，根據蓋斯定律，反應③-①-②可得總反應，則總反應的反應熱為-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氣體，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氣體，脫離催化劑。