Question

【題目】制造一次性醫(yī)用口罩的原料之一丙烯是三大合成材料的基本原料，丙烷脫氫作為一條增產(chǎn)丙烯的非化石燃料路線具有極其重要的現(xiàn)實意義。丙烷脫氫技術(shù)主要分為直接脫氫和氧化脫氫兩種。

(1)根據(jù)下表提供的數(shù)據(jù)，計算丙烷直接脫氫制丙烯的反應(yīng)C3H8(g)C3H6(g) +H2(g)的H=___。

共價鍵	C-C	C=C	C-H	H-H
鍵能/(kJmol-1)	348	615	413	436

(2)下圖為丙烷直接脫氫制丙烯反應(yīng)中丙烷和丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系（圖中壓強(qiáng)分別為1×104Pa和1×105Pa）

①在恒容密閉容器中，下列情況能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__（填字母）。

A．H保持不變

B．混合氣體的密度保持不變

C．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

D．單位時間內(nèi)生成1molH-H鍵，同時生成1molC=C鍵

②欲使丙烯的平衡產(chǎn)率提高，下列措施可行的是____（填字母）

A．增大壓強(qiáng) B．升高溫度 C．保持容積不變充入氬氣

工業(yè)生產(chǎn)中為提高丙烯的產(chǎn)率，還常在恒壓時向原料氣中摻入水蒸氣，其目的是_____。

③1×104Pa時，圖中表示丙烷和丙烯體積分?jǐn)?shù)的曲線分別是___、____（填標(biāo)號）

④1×104Pa、500℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=____Pa（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

(3)利用CO2的弱氧化性，科學(xué)家開發(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作催化劑，已知C3H8+CO2(g)C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)，該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑的活性，其原因是____，相對于丙烷直接裂解脫氫制丙烯的缺點是_____。

Answer 1

【答案】+123 kJmol-1 C B 該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，恒壓條件下充入水蒸氣容器體積增大，平衡右移 ⅳ ⅰ 3.3×103 C與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面 生成有毒氣體CO(或其他合理說法)

【解析】

(1)比較丙烷與丙烯的結(jié)構(gòu)，可確定斷裂2個C-H鍵和1個C-C鍵，形成1個C=C鍵和1個H-H鍵，利用表中鍵能可計算C3H8(g)C3H6(g) +H2(g)的H。

(2)①A．對于一個化學(xué)反應(yīng)，方程式確定后，H確定，與反應(yīng)進(jìn)行的程度無關(guān)；

B．混合氣體的質(zhì)量和體積都不變，密度始終不變；

C．混合氣體的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量增大，平均摩爾質(zhì)量不斷減小；

D．反應(yīng)發(fā)生后，總是存在單位時間內(nèi)生成1molH-H鍵，同時生成1molC=C鍵。

②A．增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動；

B．升高溫度，平衡正向移動；

C．保持容積不變充入氬氣，平衡不受影響。

工業(yè)生產(chǎn)中為提高丙烯的產(chǎn)率，還常在恒壓時向原料氣中摻入水蒸氣，可增大混合氣的體積，減小與反應(yīng)有關(guān)氣體的濃度。

③1×104Pa與1×105Pa進(jìn)行對比，從平衡移動的方向確定圖中表示丙烷和丙烯體積分?jǐn)?shù)的曲線。

④1×104Pa、500℃時，丙烷、丙烯、氫氣的體積分?jǐn)?shù)都為33.3%，由此可計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。

(3) CO2具有氧化性，能與催化劑表面的積炭發(fā)生反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w，由此可確定原因及缺點。

(1)比較丙烷與丙烯的結(jié)構(gòu)，可確定斷裂2個C-H鍵和1個C-C鍵，形成1個C=C鍵和1個H-H鍵，利用表中鍵能可計算C3H8(g)C3H6(g) +H2(g)的H=(2×413+348) kJmol-1-(615+436) kJmol-1=+123 kJmol-1。答案為：+123 kJmol-1；

(2)①A．對于一個化學(xué)反應(yīng)，方程式確定后，H確定，與反應(yīng)進(jìn)行的程度無關(guān)，A不合題意；

B．混合氣體的質(zhì)量和體積都不變，密度始終不變，所以密度不變時不一定達(dá)平衡狀態(tài)，B不合題意；

C．混合氣體的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量增大，平均摩爾質(zhì)量不斷減小，當(dāng)平均摩爾質(zhì)量不變時，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，C符合題意；

D．反應(yīng)發(fā)生后，總是存在單位時間內(nèi)生成1molH-H鍵，同時生成1molC=C鍵，反應(yīng)不一定達(dá)平衡狀態(tài)，D不合題意；

故選C。答案為：C；

②A．增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動，丙烯的平衡產(chǎn)率減小，A不合題意；

B．升高溫度，平衡正向移動，丙烯的平衡產(chǎn)率增大，B符合題意；

C．保持容積不變充入氬氣，平衡不受影響，C不合題意；

故選B。答案為：B；

工業(yè)生產(chǎn)中為提高丙烯的產(chǎn)率，還常在恒壓時向原料氣中摻入水蒸氣，可增大混合氣的體積，減小與反應(yīng)有關(guān)氣體的濃度，其目的是該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，恒壓條件下充入水蒸氣容器體積增大，平衡右移。答案為：該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，恒壓條件下充入水蒸氣容器體積增大，平衡右移；

③升高溫度，平衡正向移動，丙烷的體積分?jǐn)?shù)減小，丙烯的體積分?jǐn)?shù)增大，則ⅰ、ⅲ為丙烷的曲線，ⅱ、ⅳ為丙烯的曲線，1×104Pa與1×105Pa相比，壓強(qiáng)減小，平衡正向移動，從而得出表示丙烷體積分?jǐn)?shù)的曲線為ⅳ，表示丙烯體積分?jǐn)?shù)的曲線為ⅰ。答案為：ⅳ；ⅰ；

④1×104Pa、500℃時，丙烷、丙烯、氫氣的體積分?jǐn)?shù)都為33.3%，由此可計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp==3.3×103。答案：3.3×103；

(3) CO2具有氧化性，能與催化劑表面的積炭發(fā)生反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w，其原因是C與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面；相對于丙烷直接裂解脫氫制丙烯的缺點是生成有毒氣體CO(或其他合理說法)。答案為：C與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面；生成有毒氣體CO(或其他合理說法)。