Question

【题目】烷烃脱氢制烯烃是化工领域研究的热点过程。在 Pt-Sn/Zn/Al2O3 催化作用下丙烷脱氢过程主要反应有：

反应 i：C3H8 (g)C3H6 (g) + H2 (g) △H1= +125 kJ·mol -1

反应 ii：C3H8 (g)+ H2 (g)C2H6(g) + CH4 (g) △H2= -56 kJ·mol -1

......

回答下列问题：

(1)丙烷脱氢过程中，生成的气体产物除 C3H6、C2H6、CH4、H2 外，还可能有_____。

(2)丙烷脱氢反应 i、ii 的选择性和温度的关系如图所示。1000 K 时丙烷更容易断裂的化学键为_____。

(3)在 883 K，102 kPa 条件下发生反应 i，其反应速率v正=k正 P(C3H8)， v逆=k逆 P2(C3H6)，该温度下速率常数 k正和 k逆数值分别为 6.0 min-1、1.3×10-3kPa-1·min-1，计算平衡常数 Kp =_____(保留 1 位小数)。当丙烷与丙烯的物质的量分数相等时，V正=_____kPa·min-1，此时反应向_____(填“向正反应进行”、“向逆反应进行”或“达到平衡状态”)。

(4)为研究丙烷脱氢转化率的影响因素，科学家在不同反应器中分别通入一定量的 CO2 或水蒸气进行试验：

①恒容条件下，通入 CO2 增加了反应 CO2 (g)+ H2 (g)CO(g) + H2O(g) △H3＜0。通入CO2 能提高丙烷脱氢转化率的原因是_____。

②恒压条件下，按不同水烃比 M=n(H2O)/n(C3H8)进行实验，丙烷的平衡转化率和温度、水烃比的关系如图所示。则 M1、M2、M3 由大到小的顺序为_____。

Answer 1

【答案】乙烯 C-C键 向正方向移动 通入CO2与氢气反应降低平衡中氢气浓度，使丙烷脱氢的化学平衡向正反应方向移动，且CO2与氢气的反应放热使体系的温度升高，升高温度也能使丙烷脱氢的化学平衡i向正反应方向移动 M1>M2>M3

【解析】

（1）丙烷脱氢过程中可生成烯烃，生成的气体产物除 C3H6、C2H6、CH4、H2 外，C2H6也可以脱氢生成乙烯，故还可能有乙烯；

（2）1000K时C2H6的选择性比C3H6高，由丙烷到C2H6断裂C-C键，故1000 K 时丙烷更容易断裂的化学键为C-C键；

（3）由于起始浓度c（H2）=c（C3H6）=0，由反应i可知平衡时浓度c（H2）=c（C3H6），平衡常数 ，当平衡时v正=v逆，则；当丙烷与丙烯的物质的量分数相等时则丙烷与丙烯的压强相等则有。，则平衡正移，故答案为：；；向正方向移动；

（4）通入CO2与氢气反应降低平衡中氢气浓度，使平衡i正逆，且CO2与氢气的反应放热，升高温度使平衡i正逆；恒压条件下，水烃比 M=n(H2O)/n(C3H8)越大，则容器体积越大，平衡i正移，故水烃比 M=n(H2O)/n(C3H8)越大C3H8转化率越高，故答案为：通入CO2与氢气反应降低平衡中氢气浓度，使平衡i正向移动，且CO2与氢气的反应放热，升高温度使平衡i正向移动；M1＞M2＞M3。