反应原理综合题
1.(2024·湖南长沙一模)丙烷的价格低廉且产量大,而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值,因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
直接脱氢
反应①:CH3CH2CH3(g)CH2==CHCH3(g)+H2(g) ΔH1=+123.8 kJ·mol-1
反应②:2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2=-483.6 kJ·mol-1
计算O2氧化丙烷脱氢反应③:CH3CH2CH3(g)+O2(g)===CH2==CHCH3(g)+H2O(g)的ΔH3= kJ·mol-1。
(2)已知下列键能数据,结合反应①数据,计算CC的键能是 kJ·mol-1。
化学键
C—C
C—H
H—H
键能/(kJ·mol-1)
347.7
413.4
436.0
(3)一定温度下,向密闭容器中充入1 mol CH3CH2CH3,发生反应①。
①若该反应在恒压环境中进行,常通过向体系中通入稀有气体Ar的方式来提高CH3CH2CH3的平衡转化率,原因是 。
②若该反应在恒容环境中进行,用压强传感器测出容器内体系压强随时间的变化关系如图a所示,计算该温度下反应①的平衡常数Kp= kPa(Kp为用平衡时各气体分压代替气体的浓度表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。若保持相同反应时间,在不同温度下,丙烯产率如图b所示,丙烯产率在425 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是 、 ,随着温度继续升高,丙烷可能分解为其他产物。
(4)研究人员利用V2O5作催化剂,对反应③的机理展开研究。以C3H8和18O2为原料,初期产物中没有检测到18O;以含有C3D8的C3H8(D为H)和O2为原料,反应过程中没有检测到C3H8-nDn(0<n<8)。下列推断合理的是 (填标号)。
A.V2O5先吸附氧气,吸附的氧气直接与吸附的丙烷反应
B.V2O5直接氧化吸附的丙烷,吸附的氧气补充V2O5中反应掉的氧
C.V2O5催化丙烷脱氢过程中,碳氢键的断裂是可逆的
(5)基于电化学原理,我国科学家利用固体氧化物电解池实现高选择性C3H8电化学脱氢制
CH2CHCH3的工艺,装置如图c,则C3H8生成CH2CHCH3的电极反应式为 。
图c
答案 (1)-118 (2)614.7 (3)①恒压时通入稀有气体Ar,体积增大,平衡向气体分子数增加的方向移动,即正向移动,提高CH3CH2CH3(g)的转化率 ②50 反应速率加快 升高温度有利于反应向吸热方向进行 (4)B (5)C3H8+O2--2e-===CH2CHCH3+H2O
解析 (1)根据盖斯定律可知:反应③=反应①+×反应②,则ΔH3=ΔH1+ΔH2=(123.8-×483.6) kJ·mol-1=-118 kJ·mol-1;(2)反应①CH3CH2CH3(g)CH2CHCH3(g)+H2(g) ΔH1=+123.8 kJ·mol-1,设CC的键能是x kJ·mol-1,根据ΔH=反应物键能之和-生成物的键能之和,可得ΔH1=[2×347.7+8×413.4-(x+347.7+6×413.4+436)] kJ·mol-1=+123.8 kJ·mol-1,解得x=614.7;(3)①反应①正向气体分子数增加,恒压环境下通入稀有气体Ar,导致容器体积增大,原体系内各物质的分压减小,平衡正向移动,从而提高CH3CH2CH3的平衡转化率;②由图可知起始时压强为100 kPa,平衡时压强为150 kPa。设平衡时CH3CH2CH3(g)的消耗量为x mol,列三段式得:
根据压强之比等于气体物质的量之比得:=,解得:x=0.5;
则平衡时各气体均为0.5 mol,总气体为1.5 mol,Kp==
=50;丙烯产率在425 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高,反应速率加快或升高温度有利于反应向吸热方向进行;425 ℃之后,丙烯产率快速降低的主要原因可能是催化