Question

【題目】丙烯是一種重要的有機(jī)化工原料，用于制丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丙酮等。回答下列問題：

(1)已知：

I.C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) △H1=+124kJ/mol

II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H2=-484kJ/mol

則丙烷氧化脫氫制丙烯反應(yīng)2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)的△H為_________kJ/mol。

(2)我國學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了丙烷在六方氮化硼催化劑表面氧化脫氫制丙烯的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注。

①該反應(yīng)歷程中決速步驟的能壘（活化能）為_________eV，該步驟的化學(xué)方程式為________

②請補(bǔ)充該歷程之后可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式_____________

(3)已知丙烷氧化脫氫容易發(fā)生副反應(yīng)：2C3H8(g)+O2(g)3C2H4(g)+2H2O(g)如圖所示是丙烷氧化脫氫制丙烯反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)丙烷轉(zhuǎn)化率與丙烯選擇性隨溫度變化的曲線[丙烯的選擇性＝n=×100％]

①丙烯的選擇性隨著溫度的升高而降低的可能原因有_________

②在反應(yīng)溫度為600℃，將C3H8與O2以體積比為1:1充入剛性容器中，達(dá)到平衡時(shí)，丙烷的轉(zhuǎn)化率為40%，丙烯的選擇性也為40%，體系總壓強(qiáng)為pkPa，則氧氣的轉(zhuǎn)化率(O2)=______________丙烯的分壓p(C3H8)=____________（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】-236 1.73 C3H8=C3H7+H 2H2O2=2H2O+O2↑ 升高溫度，催化劑的活性降低，生成丙烯的反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，生成乙烯的副反應(yīng)產(chǎn)物參加 20% 0.087pkPa

【解析】

(1) 根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；

(2)①該反應(yīng)歷程中決速的步驟為慢反應(yīng)，活化能越大，反應(yīng)速率越慢；根據(jù)活化能確定該步驟的化學(xué)方程式；

②該歷程產(chǎn)物為雙氧水，不穩(wěn)定易分解，之后可能發(fā)生雙氧水分解；

(3)①反應(yīng)2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)為吸熱反應(yīng)，溫度過高催化劑活性降低；

②根據(jù)圖示，結(jié)合“三段式”計(jì)算。

(1)已知：I．C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) △H1=+124kJ/mol

II．2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H2=-484kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，I×2+ II可得：2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g) △H=-236kJ/mol；

(2)①該反應(yīng)歷程中決速的步驟為慢反應(yīng)，活化能越大，反應(yīng)速率越慢，根據(jù)圖示，活化能最大的為過渡態(tài)I，能壘(活化能)為1.73 eV；根據(jù)活化能確定該步驟的化學(xué)方程式為C3H8=C3H7+H；

②該歷程產(chǎn)物為雙氧水，不穩(wěn)定易分解，之后可能發(fā)生雙氧水分解，反應(yīng)為：2H2O2=2H2O+O2↑；

(3)①反應(yīng)2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)為吸熱反應(yīng)，溫度過高催化劑活性降低，則升高溫度，催化劑的活性降低，生成丙烯的反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，生成乙烯的副反應(yīng)產(chǎn)物參加；

②根據(jù)圖示在反應(yīng)溫度為600℃，將C3H8與O2以體積比為1:1充入剛性容器中，達(dá)到平衡時(shí)，丙烷的轉(zhuǎn)化率為40%，丙烯的選擇性也為40%，體系總壓強(qiáng)為pkPa，相同條件下，物質(zhì)的量之比等于體積之比，2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)和2C3H8(g)+O2(g)3C2H4(g)+2H2O(g)，反應(yīng)中C3H8與O2的反應(yīng)比例關(guān)系相同，設(shè)C3H8與O2的起始物質(zhì)的量為1mol，則：

則氧氣的轉(zhuǎn)化率(O2)=×100%=20%；

設(shè)平衡時(shí)，反應(yīng)生成C3H6的物質(zhì)的量為x，生成C2H4的物質(zhì)的量為y，

根據(jù)題意可得：×100%=40%，40%，解得：x=0.2mol，y=0.3mol，平衡時(shí)n(C3H8)=1mol×(1-40%)=0.6mol，n(O2)=1mol×(1-20%)=0.8mol，n(H2O)=0.2mol+×0.3mol=0.4mol，丙烯的分壓p(C3H8)= pkPa×=0.087pkPa。