Question

【題目】丙烯是僅次于乙烯的有機(jī)化工原料，可由丙烷脫氫氧化制取。丙烷脫氫氧化工藝包含的反應(yīng)有：

主反應(yīng)：①C3H8（g）C3H6（g）＋H2（g） △H1＝＋124.27 kJ·mol－1（脫氫反應(yīng)）

②H2（g）＋O2（g）＝H2O（g） △H2＝－241.82 kJ·mol－1（燒氫反應(yīng)）

副反應(yīng)：③C3H8（g）CH4（g）＋C2H4（g） △H3＝＋81.30 kJ·mol－1

④C2H4（g）＋H2（g）C2H6（g） △H4＝－136.94 kJ·mol－1

⑤C3H8（g）＋H2（g）CH4（g）＋C2H6（g） △H5

回答下列問題：

（1）△H5＝____kJ·mol－1。

（2）圖1是制備工藝中一些反應(yīng)平衡常數(shù)的對數(shù)值與溫度的關(guān)系圖，欲提高丙烯的產(chǎn)率，能否盡可能的提高反應(yīng)溫度?_________，其原因是__________________。除溫度外，下列還可提高丙烯產(chǎn)率的措施有_________（填序號）

A 降低壓強(qiáng) B 增大壓強(qiáng)

C 采用選擇性優(yōu)良的催化劑 D 選擇性的氧化消除部分氫氣

（3）實(shí)際脫氫工藝中常常通入水蒸汽，以改變丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率。圖2為常壓、600～1000K時(shí)，不同水烴比M下丙烷脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率變化圖。由圖可知，常壓、溫度恒定時(shí)水烴比對平衡轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律為____________。設(shè)某溫度、1 atm（記為p0）下丙烷的脫氫轉(zhuǎn)化率為y，加入反應(yīng)體系的水蒸汽與原料丙烷的物質(zhì)的量之比為M，則脫氫反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝____（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，寫出表達(dá)式即可）。

（4）當(dāng)反應(yīng)溫度為923K時(shí)，計(jì)算可知脫氫反應(yīng)的反應(yīng)熱為＋115.66 kJ·mol－1，燒氫反應(yīng)的反應(yīng)熱為－237.75 kJ·mol－1，為保證燒氫所放熱量完全滿足脫氫吸熱之用（假設(shè)脫氫率為100%），則燒氫率應(yīng)大于_____；由此可見，燒氫過程不僅可以提高丙烷脫氫的轉(zhuǎn)化率，還可以_________。

Answer 1

【答案】-55.64 不能 在高溫下副反應(yīng)③比脫氫反應(yīng)更容易進(jìn)行 ACD 水烴比越大，脫氫反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率越高 48.6% 降低能耗

【解析】

(1)由題目中給出的熱化學(xué)方程式之間的關(guān)系可得=+；

(2)由圖1可知，在高溫下副反應(yīng)③比脫氫反應(yīng)更容易進(jìn)行；提高丙烯產(chǎn)率可以使主反應(yīng)正向進(jìn)行，或加快主反應(yīng)速率，抑制副反應(yīng)的發(fā)生；

(3)水烴比值越大，相當(dāng)于只有烴分解，擴(kuò)大體積，減小壓強(qiáng)，比值越大，正向移動(dòng)程度越大；根據(jù)“三段式”計(jì)算出C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)平衡時(shí)每種物質(zhì)的物質(zhì)的量關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行計(jì)算；

(4)燒氫放出的熱量為脫氫提供熱量，依據(jù)量的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。

(1)由③C3H8(g)CH4(g)＋C2H4(g) △H3＝＋81.30 kJ·mol－1

④C2H4(g)＋H2(g)C2H6(g) △H4＝－136.94 kJ·mol－1

可知⑤C3H8(g)＋H2(g)CH4(g)＋C2H6(g)可以由③+④得到，所以=+=＋81.30kJ·mol－1+(-136.94kJ·mol－1)=-55.64kJ·mol－1；

(2)由圖可知，欲提高丙烯的產(chǎn)率，不能盡可能的提高反應(yīng)溫度，因?yàn)樵诟邷叵赂狈磻?yīng)③比脫氫反應(yīng)更容易進(jìn)行；降低壓強(qiáng)、選擇性的氧化消除部分氫氣可以使主反應(yīng)正向進(jìn)行，采用選擇性優(yōu)良的催化劑可以加快主反應(yīng)速率，降低副反應(yīng)進(jìn)行程度，提高丙烯產(chǎn)率；

(3)水烴比值越大，相當(dāng)于只有烴分解，擴(kuò)大體積，減小壓強(qiáng)；比值越大，正向移動(dòng)程度越大，即水烴比越大，脫氫反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率越高；

假設(shè)丙烷為1mol，則有：

Kp===；

(4)由題意可知，燒氫放出的熱量為脫氫提供熱量，依據(jù)量的關(guān)系可得：燒氫率應(yīng)大于=48.6%，由此可見，燒氫過程不僅可以提高丙烷脫氫的轉(zhuǎn)化率，還可以降低能耗。