Question

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

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

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

副反應：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平衡常數的對數值與溫度的關系圖，欲提高丙烯的產率，能否盡可能的提高反應溫度?_________，其原因是__________________。除溫度外，下列還可提高丙烯產率的措施有_________（填序號）

A 降低壓強 B 增大壓強

C 采用選擇性優良的催化劑 D 選擇性的氧化消除部分氫氣

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

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

Answer 1

【答案】-55.64 不能 在高溫下副反應③比脫氫反應更容易進行 ACD 水烴比越大，脫氫反應平衡轉化率越高 48.6% 降低能耗

【解析】

(1)由題目中給出的熱化學方程式之間的關系可得=+；

(2)由圖1可知，在高溫下副反應③比脫氫反應更容易進行；提高丙烯產率可以使主反應正向進行，或加快主反應速率，抑制副反應的發生；

(3)水烴比值越大，相當于只有烴分解，擴大體積，減小壓強，比值越大，正向移動程度越大；根據“三段式”計算出C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)平衡時每種物質的物質的量關系，進而進行計算；

(4)燒氫放出的熱量為脫氫提供熱量，依據量的關系進行計算。

(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，欲提高丙烯的產率，不能盡可能的提高反應溫度，因為在高溫下副反應③比脫氫反應更容易進行；降低壓強、選擇性的氧化消除部分氫氣可以使主反應正向進行，采用選擇性優良的催化劑可以加快主反應速率，降低副反應進行程度，提高丙烯產率；

(3)水烴比值越大，相當于只有烴分解，擴大體積，減小壓強；比值越大，正向移動程度越大，即水烴比越大，脫氫反應平衡轉化率越高；

假設丙烷為1mol，則有：

Kp===；

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