Question

丙烯是制造一次性医用口罩的重要原料。丙烷催化脱氢是工业生产丙烯的重要途径，丙烷催脱氢技术主要分为氧化脱氢和直接脱氢两种。回答下列问题：

(1)丙烷催化氧化脱氢法主要反应如下：

2C₃H₈(g)+O₂(g)2C₃H₆(g)+2H₂O(g)  △H₁=-236kJ·mol^-1(i)

反应过程中消耗的C₃H₈和 生成的C₃H₆ 的物质的量随温度的变化关系见下表。

反应温度/℃ n(消耗)或n(生成)/mol	535	550	575
C3H8	6	13	33
C3H6	4	8	17

①反应i中反应物的总能量 _______生成物的总能量(填“大于”“小于”或“等于”)。

②分析表中数据得到丙烯的选择性随温度的升高而______(填写“不变”“升高”“降 低”)；    出现此结果的原因除生成乙烯等副产物外还可能是 _________。(C₃H₆的选择性＝×100%)

(2)丙烷催化直接脱氢反应： C₃H₈(g) ⇌C₃H₆(g)+ H₂(g)    △H₂=+124. 3kJ•mol ^-1 ( ii )    副反应：C₃H₈ (g)   ⇌C₂H₄ (g) + CH₄(g)   △H₃(iii)

①反应 ii 的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示， 分析工业生产中采用的温度为 650°C 左右的原因是_________。

②温度为 670°C 时，若在 1L 的容器中投入 8 molC₃H₈，充分反应后，平衡混合气体中有 2molCH₄和一定量C₃H₈、C₃H₆、H₂、C₂H₄，计算该条件下C₃H₆ 的选择性为___％。

③欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是______( 填写序号 )

a.恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气      b.增大氢气与丙烷的投料比   c.选择对脱氢反应更好选择性的催化剂    d.大压强

(3)科学家探索出利用无机膜催化丙烷脱氢制丙烯的新工艺，该工艺利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性的及时移走，从平衡角度分析该工艺的优点______。

Answer

大于 降低 升高温度，反应 i 的化学平衡逆向移动 温度控制在 650°C ，丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数大 50 ac 将氢气及时移走，化学平衡C3H8(g) ⇌C3H6(g)+H2(g)，正向移动，提高丙烯产率

【解析】

(1)①根据吸热反应和放热反应的特点判断；

②根据温度对平衡的影响分析；

(2) ①综合考虑选择性、平衡常数以及反应速率选择合适的温度；

②根据方程式，找出各组分的量的关系列出方程，根据平衡常数求解；

③根据平衡移动原理分析；

(3)根据平衡移动原理分析；

(1)①反应i的焓变小于0，所以为放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量；

②根据表格数据可知各温度下C3H6的选择性分别为、、，>>所以随温度升高丙烯的选择性降低；反应i为放热反应，升高温度，反应 i 的化学平衡逆向移动，也会导致丙烯的选择性下降；

(2)①据图可知，温度控制在 650°C ，丙烯选择性高，且此时温度较高，反应速率快，而且该温度条件下平衡常数较大；

②平衡混合气体中有 2molCH4，则根据反应iii可知平衡时该反应消耗的n1(C3H8)=2mol；设平衡时C3H6的物质的量为x，根据反应ii可知平衡时n(H2)=x，反应ii消耗的n2(C3H8)=x，则平衡时容器n(C3H8)=(8-2-x)mol，据图可知该温度下反应ii的lg=0，所以K=1，容器体积为1L，则有，解得x=2mol，C3H6的选择性＝×100%==50%；

③a．恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气，则反应物和生成物的分压减小，该反应正反应为压强增大的反应，减小压强平衡正向移动，可以提高丙烯的产率，故a正确；

b．氢气为产物，增大氢气的量会使平衡逆向移动，丙烯的产率降低，故b错误；

c．选择对脱氢反应更好选择性的催化剂，增大丙烯的选择性，提高产率，故c正确；

d．该反应正反应为压强增大的反应，大压强会使平衡逆向移动，降低产率，故d错误；

综上所述选ac；

(3)氢气反应ii的产物，将氢气及时移走， C3H8(g) ⇌C3H6(g)+H2(g) 的化学平衡正向移动，提高丙烯产率；