Question

【題目】丙烯是一種重要的有機化工原料，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的反應(yīng)2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)的△H為___kJ/mol。

（2）我國學(xué)者結(jié)合實驗與計算機模擬結(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，部分歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標注。

①如圖歷程中決速步驟能壘(活化能)為___ eV。該歷程中最低能壘對應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

②圖示歷程之后可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為___。

（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)達平衡時丙烷轉(zhuǎn)化率與丙烯選擇性隨溫度變化的曲線。

（丙烯的選擇性=×100%）

①丙烯的選擇性隨溫度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1：1充入剛性容器中，達到平衡時，丙烷轉(zhuǎn)化率為40%，丙烯的選擇性也為40%，體系總壓強為pkPa，則氧氣的轉(zhuǎn)化率α(O2)=___，丙烯的分壓p(C3H6)=___(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

Answer 1

【答案】-236 1.73 H*+O2*=HO2*或C3H7*+H*+O2*=HO2*+C3H7* 2H2O2=2H2O+O2↑ 溫度升高，催化劑的活性降低，生成丙烯的反應(yīng)平衡逆向移動，生成乙烯的副反應(yīng)增加 20% 0.087pkPa

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計算反應(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”計算。

(1)根據(jù)蓋斯定律，I×2+ II可得：2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g) △H=2△H 1+△H 2=-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；該歷程中最低能壘對應(yīng)的化學(xué)方程式為H*+O2*=HO2*或C3H7*+H*+O2*=HO2*+C3H7*；

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，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，達到平衡時，丙烷的轉(zhuǎn)化率為40%，丙烯的選擇性也為40%，體系總壓強為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，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。