题目
丙烯是重要的化工原料，利用丙烷制备丙烯通常有三种方法。方法一：丙烷直接脱氢法（1）丙烷直接脱氢的主要反应为C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g），△H1=+129.80kJ•mol-1。600℃、0.4MPa下，向装有催化剂的恒压密闭容器中以((n（{{H_2)O}）})/((n（{{C_3){H_8)}）}}=1投料，发生反应。丙烷的转化率（α）随时间（t）变化的曲线如图所示。α/%-|||-59-|||-40-|||-30-|||-20-|||-10--|||-0 t/h-|||-/2①该体系达到平衡状态的标志为 ____ 。（填选项字母）A．单位时间内，消耗C3H8（g）的物质的量等于生成H2（g）的物质的量B．体系中气体的密度不再改变C．单位体积内气体的分子数不再改变D．H2O（g）的分压不再改变②用分压表示该反应的平衡常数Kp= ____ ；增大((n（{{H_2)O}）})/((n（{{C_3){H_8)}）}}的值可提高丙烷的平衡转化率，解释其原因为 ____ 。方法二：丙烷氧化脱氢法（2）丙烷氧化脱氢制丙烯时，主要发生反应C3H8 （g）+(1)/(2)O2（g）⇌C3H6（g）+H2O（g）△H2。已知：氢气的燃烧热（△H）为-285.5kJ•mol-1；水的汽化热（△H）为+40.8kJ•mol-1；结合△H1，可计算△H2= ____ ；与方法一相比，方法二的优点为 ____ 。（写出一点即可）（3）我国科研机构利用计算机模拟得出：在VO3/CeO2表面，丙烷催化氧化脱去第一个H的反应历程可能有两种（如图所示），其中TSTebbe表示过渡态。由图分析可知，丙烷氧化脱去的第一个H是与 ____ （填“VO3”或“CeO2”）中的O结合，原因为 ____ 。α/%-|||-59-|||-40-|||-30-|||-20-|||-10--|||-0 t/h-|||-/2方法三：丙烷与CO2耦合法（4）丙烷与CO2耦合法制丙烯时，主要发生如下反应：ⅰ.C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g）ⅱ.C3H8（g）⇌C2H4（g）+CH4（g）ⅲ.3CO2（g）+9H2（g）⇌C3H6（g）+6H2O（g）ⅳ.CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）在580℃时，将C3H8和CO2按体积比为1：1充入一恒压密闭容器中进行反应，实验测得体系中C3H8（g）、的转化率和C3H6（g）的选择性、C3H6（g）的产率随催化剂组成和压强的变化分别如图（a）和（b）所示。已知：C3H6的选择性越高，副产物的含量越低。耦合法制丙烯适宜选择的生产条件为 ____ ；随压强增大C3H6（g）的平衡产率先增大后减小的原因为 ____ 。α/%-|||-59-|||-40-|||-30-|||-20-|||-10--|||-0 t/h-|||-/2
丙烯是重要的化工原料，利用丙烷制备丙烯通常有三种方法。
方法一：丙烷直接脱氢法
（1）丙烷直接脱氢的主要反应为C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g），△H1=+129.80kJ•mol-1。600℃、0.4MPa下，向装有催化剂的恒压密闭容器中以$\frac{{n（{{H_2}O}）}}{{n（{{C_3}{H_8}}）}}$=1投料，发生反应。丙烷的转化率（α）随时间（t）变化的曲线如图所示。
①该体系达到平衡状态的标志为 ____ 。（填选项字母）
A．单位时间内，消耗C3H8（g）的物质的量等于生成H2（g）的物质的量
B．体系中气体的密度不再改变
C．单位体积内气体的分子数不再改变
D．H2O（g）的分压不再改变
②用分压表示该反应的平衡常数Kp= ____ ；增大$\frac{{n（{{H_2}O}）}}{{n（{{C_3}{H_8}}）}}$的值可提高丙烷的平衡转化率，解释其原因为 ____ 。
方法二：丙烷氧化脱氢法
（2）丙烷氧化脱氢制丙烯时，主要发生反应C3H8 （g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌C3H6（g）+H2O（g）△H2。已知：氢气的燃烧热（△H）为-285.5kJ•mol-1；水的汽化热（△H）为+40.8kJ•mol-1；结合△H1，可计算△H2= ____ ；与方法一相比，方法二的优点为 ____ 。（写出一点即可）
（3）我国科研机构利用计算机模拟得出：在VO3/CeO2表面，丙烷催化氧化脱去第一个H的反应历程可能有两种（如图所示），其中TSTebbe表示过渡态。由图分析可知，丙烷氧化脱去的第一个H是与 ____ （填“VO3”或“CeO2”）中的O结合，原因为 ____ 。
方法三：丙烷与CO2耦合法
（4）丙烷与CO2耦合法制丙烯时，主要发生如下反应：
ⅰ.C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g）
ⅱ.C3H8（g）⇌C2H4（g）+CH4（g）
ⅲ.3CO2（g）+9H2（g）⇌C3H6（g）+6H2O（g）
ⅳ.CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）
在580℃时，将C3H8和CO2按体积比为1：1充入一恒压密闭容器中进行反应，实验测得体系中C3H8（g）、的转化率和C3H6（g）的选择性、C3H6（g）的产率随催化剂组成和压强的变化分别如图（a）和（b）所示。
已知：C3H6的选择性越高，副产物的含量越低。耦合法制丙烯适宜选择的生产条件为 ____ ；随压强增大C3H6（g）的平衡产率先增大后减小的原因为 ____ 。
方法一：丙烷直接脱氢法
（1）丙烷直接脱氢的主要反应为C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g），△H1=+129.80kJ•mol-1。600℃、0.4MPa下，向装有催化剂的恒压密闭容器中以$\frac{{n（{{H_2}O}）}}{{n（{{C_3}{H_8}}）}}$=1投料，发生反应。丙烷的转化率（α）随时间（t）变化的曲线如图所示。
①该体系达到平衡状态的标志为 ____ 。（填选项字母）
A．单位时间内，消耗C3H8（g）的物质的量等于生成H2（g）的物质的量
B．体系中气体的密度不再改变
C．单位体积内气体的分子数不再改变
D．H2O（g）的分压不再改变
②用分压表示该反应的平衡常数Kp= ____ ；增大$\frac{{n（{{H_2}O}）}}{{n（{{C_3}{H_8}}）}}$的值可提高丙烷的平衡转化率，解释其原因为 ____ 。
方法二：丙烷氧化脱氢法
（2）丙烷氧化脱氢制丙烯时，主要发生反应C3H8 （g）+$\frac{1}{2}$O2（g）⇌C3H6（g）+H2O（g）△H2。已知：氢气的燃烧热（△H）为-285.5kJ•mol-1；水的汽化热（△H）为+40.8kJ•mol-1；结合△H1，可计算△H2= ____ ；与方法一相比，方法二的优点为 ____ 。（写出一点即可）
（3）我国科研机构利用计算机模拟得出：在VO3/CeO2表面，丙烷催化氧化脱去第一个H的反应历程可能有两种（如图所示），其中TSTebbe表示过渡态。由图分析可知，丙烷氧化脱去的第一个H是与 ____ （填“VO3”或“CeO2”）中的O结合，原因为 ____ 。
方法三：丙烷与CO2耦合法
（4）丙烷与CO2耦合法制丙烯时，主要发生如下反应：
ⅰ.C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g）
ⅱ.C3H8（g）⇌C2H4（g）+CH4（g）
ⅲ.3CO2（g）+9H2（g）⇌C3H6（g）+6H2O（g）
ⅳ.CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）
在580℃时，将C3H8和CO2按体积比为1：1充入一恒压密闭容器中进行反应，实验测得体系中C3H8（g）、的转化率和C3H6（g）的选择性、C3H6（g）的产率随催化剂组成和压强的变化分别如图（a）和（b）所示。
已知：C3H6的选择性越高，副产物的含量越低。耦合法制丙烯适宜选择的生产条件为 ____ ；随压强增大C3H6（g）的平衡产率先增大后减小的原因为 ____ 。
题目解答
答案
解：（1）①A．随着反应的进行，消耗C3H8（g）的物质的量始终等于生成H2（g）的物质的量，所以不能作为平衡状态的标志，故A错误；
B．随着反应的进行，容器的体积逐渐变大，气体质量不变，故密度逐渐减小，平衡后，体积不变，密度不变，故可以作为判断依据，故B正确；
C．随着反应进行，根据理想气体的状态方程PV=nRT，当温度和压强不再改变时，单位体积内的物质的量不会发生变化，故C错误；
D．气体的物质的量在一直变化，水的物质的量不变，体积分数一直发生变化，所以分压一直在变化，平衡后分压不变，故D正确；
故答案为：BD；
②设起始投入的丙烷和水的物质的量均为1mol，从图象可知，丙烷平衡转化率为0.45，
C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g） （单位：mol）
起始量：1 0 0
转化量：0.45 0.45 0.45
平衡量：0.55 0.45 0.45
故平衡后的总物质的量为（1+0.55+0.45+0.45）mol=2.45mol，p（H2）=p（C3H6）=0.4×$\frac{0.45}{2.45}$MPa，p（C3H8）=0.4×$\frac{0.55}{2.45}$MPa，所以Kp=$\frac{p（C{}_{3}{H}_{6}）×p（{H}_{2}）}{p（{C}_{3}H{}_{8}）}$MPa=0.06MPa，恒压情况下，该反应为气体分子数增加的反应，充入水蒸气，可降低反应体系中各组分的分压，有利于平衡正向进行，
故答案为：0.06MPa；该反应为气体分子数增加的反应，充入水蒸气，可降低反应体系中各组分的分压，有利于平衡正向进行；
（2）已知氢气的燃烧热为-285.5kJ/mol；水的汽化热为+40.8，故存在热化学方程式：H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l）△H3=-285.5kJ/mol，H2O（l）=H2O（g）△H4=+40.8kJ/mol，C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g），△H1=+129.80kJ•mol-1，△H2=△H1+△H4+△H3=-114.9kJ•mol-1，方法一为吸热反应，方法二为放热反应，所以与反应一相比，反应二能降低能耗，有利于丙烷转化成丙烯，
故答案为：-114.9kJ•mol-1；使丙烷转化为丙烯的倾向变大；
（3）由图象可知，途径B的反应活化能更低，反应速率快，所以丙烷氧化脱去的第一个H是与CeO2结合，
故答案为：CeO2；路径B的活化能低，反应速率快；
（4）由图象可知，在In/Zn的物质的量之比为2、压强为0.3 MPa时平衡转化率最大，在C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g）中丙烷为生成物，随着压强的增大，平衡逆向移动，产率降低；在3CO2（g）+9H2（g）⇌C3H6（g）+6H2O（g）中，随着压强的增大，平衡正向移动，丙烯的产率增加，故随着压强增大，丙烯的平衡产率先增大后减小的原因为：压强低于 0.3 MPa时，压强增大反应ⅲ平衡正向移动，丙烯产率增大；压强高于 0.3 MPa时，压强增大反应i平衡逆向移动，丙烯产率减小，
故答案为：压强低于 0.3 MPa时，压强增大反应ⅲ平衡正向移动，丙烯产率增大；压强高于 0.3 MPa时，压强增大反应i平衡逆向移动，丙烯产率减小。
B．随着反应的进行，容器的体积逐渐变大，气体质量不变，故密度逐渐减小，平衡后，体积不变，密度不变，故可以作为判断依据，故B正确；
C．随着反应进行，根据理想气体的状态方程PV=nRT，当温度和压强不再改变时，单位体积内的物质的量不会发生变化，故C错误；
D．气体的物质的量在一直变化，水的物质的量不变，体积分数一直发生变化，所以分压一直在变化，平衡后分压不变，故D正确；
故答案为：BD；
②设起始投入的丙烷和水的物质的量均为1mol，从图象可知，丙烷平衡转化率为0.45，
C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g） （单位：mol）
起始量：1 0 0
转化量：0.45 0.45 0.45
平衡量：0.55 0.45 0.45
故平衡后的总物质的量为（1+0.55+0.45+0.45）mol=2.45mol，p（H2）=p（C3H6）=0.4×$\frac{0.45}{2.45}$MPa，p（C3H8）=0.4×$\frac{0.55}{2.45}$MPa，所以Kp=$\frac{p（C{}_{3}{H}_{6}）×p（{H}_{2}）}{p（{C}_{3}H{}_{8}）}$MPa=0.06MPa，恒压情况下，该反应为气体分子数增加的反应，充入水蒸气，可降低反应体系中各组分的分压，有利于平衡正向进行，
故答案为：0.06MPa；该反应为气体分子数增加的反应，充入水蒸气，可降低反应体系中各组分的分压，有利于平衡正向进行；
（2）已知氢气的燃烧热为-285.5kJ/mol；水的汽化热为+40.8，故存在热化学方程式：H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l）△H3=-285.5kJ/mol，H2O（l）=H2O（g）△H4=+40.8kJ/mol，C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g），△H1=+129.80kJ•mol-1，△H2=△H1+△H4+△H3=-114.9kJ•mol-1，方法一为吸热反应，方法二为放热反应，所以与反应一相比，反应二能降低能耗，有利于丙烷转化成丙烯，
故答案为：-114.9kJ•mol-1；使丙烷转化为丙烯的倾向变大；
（3）由图象可知，途径B的反应活化能更低，反应速率快，所以丙烷氧化脱去的第一个H是与CeO2结合，
故答案为：CeO2；路径B的活化能低，反应速率快；
（4）由图象可知，在In/Zn的物质的量之比为2、压强为0.3 MPa时平衡转化率最大，在C3H8（g）⇌C3H6（g）+H2（g）中丙烷为生成物，随着压强的增大，平衡逆向移动，产率降低；在3CO2（g）+9H2（g）⇌C3H6（g）+6H2O（g）中，随着压强的增大，平衡正向移动，丙烯的产率增加，故随着压强增大，丙烯的平衡产率先增大后减小的原因为：压强低于 0.3 MPa时，压强增大反应ⅲ平衡正向移动，丙烯产率增大；压强高于 0.3 MPa时，压强增大反应i平衡逆向移动，丙烯产率减小，
故答案为：压强低于 0.3 MPa时，压强增大反应ⅲ平衡正向移动，丙烯产率增大；压强高于 0.3 MPa时，压强增大反应i平衡逆向移动，丙烯产率减小。