Question

【題目】制造一次性醫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丙烯的非化石燃料路線具有極其重要的現實意義。丙烷脫氫技術主要分為直接脫氫和氧化脫氫兩種。

(1)根據下表提供的數據，計算丙烷直接脫氫制丙烯的反應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中丙烷和丙烯的平衡體積分數與溫度、壓強的關系（圖中壓強分別為1×104Pa和1×105Pa）

①在恒容密閉容器中，下列情況能說明該反應達到平衡狀態的是__（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量保持不變

D．單位時間內生成1molH-H鍵，同時生成1molC=C鍵

②欲使丙烯的平衡產率提高，下列措施可行的是____（填字母）

A．增大壓強 B．升高溫度 C．保持容積不變充入氬氣

工業生產中為提高丙烯的產率，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數的曲線分別是___、____（填標號）

④1×104Pa、500℃時，該反應的平衡常數Kp=____Pa（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，計算結果保留兩位有效數字）

(3)利用CO2的弱氧化性，科學家開發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 該反應是氣體分子數增多的反應，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構，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．對于一個化學反應，方程式確定后，H確定，與反應進行的程度無關；

B．混合氣體的質量和體積都不變，密度始終不變；

C．混合氣體的質量不變，物質的量增大，平均摩爾質量不斷減小；

D．反應發生后，總是存在單位時間內生成1molH-H鍵，同時生成1molC=C鍵。

②A．增大壓強，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。

工業生產中為提高丙烯的產率，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，減小與反應有關氣體的濃度。

③1×104Pa與1×105Pa進行對比，從平衡移動的方向確定圖中表示丙烷和丙烯體積分數的曲線。

④1×104Pa、500℃時，丙烷、丙烯、氫氣的體積分數都為33.3%，由此可計算該反應的平衡常數Kp。

(3) CO2具有氧化性，能與催化劑表面的積炭發生反應生成一氧化碳氣體，由此可確定原因及缺點。

(1)比較丙烷與丙烯的結構，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．對于一個化學反應，方程式確定后，H確定，與反應進行的程度無關，A不合題意；

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

C．混合氣體的質量不變，物質的量增大，平均摩爾質量不斷減小，當平均摩爾質量不變時，反應達平衡狀態，C符合題意；

D．反應發生后，總是存在單位時間內生成1molH-H鍵，同時生成1molC=C鍵，反應不一定達平衡狀態，D不合題意；

故選C。答案為：C；

②A．增大壓強，平衡逆向移動，丙烯的平衡產率減小，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；

工業生產中為提高丙烯的產率，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，減小與反應有關氣體的濃度，其目的是該反應為氣體分子數增多的反應，恒壓條件下充入水蒸氣容器體積增大，平衡右移。答案為：該反應是氣體分子數增多的反應，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，丙烷的體積分數減小，丙烯的體積分數增大，則ⅰ、ⅲ為丙烷的曲線，ⅱ、ⅳ為丙烯的曲線，1×104Pa與1×105Pa相比，壓強減小，平衡正向移動，從而得出表示丙烷體積分數的曲線為ⅳ，表示丙烯體積分數的曲線為ⅰ。答案為：ⅳ；ⅰ；

④1×104Pa、500℃時，丙烷、丙烯、氫氣的體積分數都為33.3%，由此可計算該反應的平衡常數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生反應生成一氧化碳氣體，其原因是C與CO2反應生成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反應生成CO，脫離催化劑表面；生成有毒氣體CO(或其他合理說法)。