丙烯是一種重要的化工原料,可以通過多種途徑制得。請回答:
(1)丙烯可以在催化劑作用下由丙烷脫氫制備。反應(yīng)原理:
熱解反應(yīng):C3H8(g)?C3H6(g)+H2(g)ΔH
副反應(yīng):C3H8(g)?C2H4(g)+CH4(g)
已知相關(guān)鍵能的數(shù)據(jù)如下表所示:
化學(xué)鍵 |
C-C |
C=C |
C-H |
H-H |
鍵能/kJ?mol-1 |
348 |
615 |
413 |
436 |
①熱解反應(yīng)的ΔH=
+123
+123
kJ?mol
-1。
②裂解氣中存在濃度不低的C
2H
4,從結(jié)構(gòu)角度解釋原因
溫度升高,利于碳碳鍵的斷裂,有利于乙烯的生成
溫度升高,利于碳碳鍵的斷裂,有利于乙烯的生成
。
③恒定不同壓強(p
1、p
2),熱解氣中丙烷及丙烯的平衡物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度變化如圖所示。
壓強:p
1>
>
p
2(填“>”或“<”)。若p
1=0.1MPa,則a點對應(yīng)溫度下,熱解反應(yīng)的平衡常數(shù)K
p=
0.03
0.03
MPa(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。
④裂解反應(yīng)的選擇性隨溫度變化如圖所示,則丙烷裂解應(yīng)控制溫度在
650℃
650℃
。
(2)向容器中通入一定量O
2進行丙烷氧化脫氫,可提高產(chǎn)物丙烯的選擇性。恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為p(C
3H
8):p(O
2):p(N
2)=2:13:85的混合氣體,已知某反應(yīng)條件下只發(fā)生如下反應(yīng)(k,k′均為速率常數(shù)):
反應(yīng)Ⅰ:2C
3H
8(g)+O
2(g)?2C
3H
6(g)+2H
2O(g)k
反應(yīng)Ⅱ:2C
3H
6(g)+9O
2(g)?6CO
2(g)+6H
2O(g)k′
①實驗測得丙烯的凈生成速率方程為v(C
3H
6)=k?p(C
3H
8)-k′?p(C
3H
6),試推測丙烯的濃度隨時間的變化,在圖中畫出變化趨勢圖
。
②關(guān)于上述反應(yīng),下列說法不正確的是
C
C
(填字母)。
A.將空氣經(jīng)堿液凈化處理后,按合適比例與C
3H
8混合,可作原料氣制丙烯
B.提高原料氣中O
2的體積分數(shù),能使反應(yīng)Ⅰ平衡右移,可能提高丙烯產(chǎn)率
C.實際生產(chǎn)過程中,應(yīng)該根據(jù)反應(yīng)達平衡后丙烯的體積分數(shù)最大值確定反應(yīng)的溫度
(3)丙烷制丙烯還可以用CO
2氧化脫氫,即在CO
2氣氛下,進行氧化脫氫制丙烯。該工藝可以有顯著的優(yōu)點:一是有效消除催化劑表面的積炭,維持催化劑的活性;二是
CO2與H2反應(yīng),使H2濃度降低,使主反應(yīng)平衡右移,增大丙烯產(chǎn)率
CO2與H2反應(yīng),使H2濃度降低,使主反應(yīng)平衡右移,增大丙烯產(chǎn)率
。