Question

【题目】丙烯是仅次于乙烯的有机化工原料，可由丙烷脱氢氧化制取。丙烷脱氢氧化工艺包含的反应有：

主反应：①C3H8（g）C3H6（g）＋H2（g） △H1＝＋124.27 kJ·mol－1（脱氢反应）

②H2（g）＋O2（g）＝H2O（g） △H2＝－241.82 kJ·mol－1（烧氢反应）

副反应：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

回答下列问题：

（1）△H5＝____kJ·mol－1。

（2）图1是制备工艺中一些反应平衡常数的对数值与温度的关系图，欲提高丙烯的产率，能否尽可能的提高反应温度?_________，其原因是__________________。除温度外，下列还可提高丙烯产率的措施有_________（填序号）

A 降低压强 B 增大压强

C 采用选择性优良的催化剂 D 选择性的氧化消除部分氢气

（3）实际脱氢工艺中常常通入水蒸汽，以改变丙烷的平衡转化率。图2为常压、600～1000K时，不同水烃比M下丙烷脱氢反应的平衡转化率变化图。由图可知，常压、温度恒定时水烃比对平衡转化率的影响规律为____________。设某温度、1 atm（记为p0）下丙烷的脱氢转化率为y，加入反应体系的水蒸汽与原料丙烷的物质的量之比为M，则脱氢反应的平衡常数Kp＝____（Kp为以分压表示的平衡常数，写出表达式即可）。

（4）当反应温度为923K时，计算可知脱氢反应的反应热为＋115.66 kJ·mol－1，烧氢反应的反应热为－237.75 kJ·mol－1，为保证烧氢所放热量完全满足脱氢吸热之用（假设脱氢率为100%），则烧氢率应大于_____；由此可见，烧氢过程不仅可以提高丙烷脱氢的转化率，还可以_________。

Answer 1

【答案】-55.64 不能 在高温下副反应③比脱氢反应更容易进行 ACD 水烃比越大，脱氢反应平衡转化率越高 48.6% 降低能耗

【解析】

(1)由题目中给出的热化学方程式之间的关系可得=+；

(2)由图1可知，在高温下副反应③比脱氢反应更容易进行；提高丙烯产率可以使主反应正向进行，或加快主反应速率，抑制副反应的发生；

(3)水烃比值越大，相当于只有烃分解，扩大体积，减小压强，比值越大，正向移动程度越大；根据“三段式”计算出C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)平衡时每种物质的物质的量关系，进而进行计算；

(4)烧氢放出的热量为脱氢提供热量，依据量的关系进行计算。

(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)由图可知，欲提高丙烯的产率，不能尽可能的提高反应温度，因为在高温下副反应③比脱氢反应更容易进行；降低压强、选择性的氧化消除部分氢气可以使主反应正向进行，采用选择性优良的催化剂可以加快主反应速率，降低副反应进行程度，提高丙烯产率；

(3)水烃比值越大，相当于只有烃分解，扩大体积，减小压强；比值越大，正向移动程度越大，即水烃比越大，脱氢反应平衡转化率越高；

假设丙烷为1mol，则有：

Kp===；

(4)由题意可知，烧氢放出的热量为脱氢提供热量，依据量的关系可得：烧氢率应大于=48.6%，由此可见，烧氢过程不仅可以提高丙烷脱氢的转化率，还可以降低能耗。