問題 1

不均一系触媒によるプロペンの製造。プロペンは石油化学産業で最も重要な化学品の一つであり、不均一系触媒上でのプロパンの直接脱水素

\ce{C3H8(g) <=> C3H6(g) + H2(g)}

により合成できるが経済的に実現困難である。平均結合エンタルピーの関係式：

H_{\text{bond}}(\ce{C=C}) = 1.77\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C})

、

H_{\text{bond}}(\ce{H-H}) = 1.05\,H_{\text{bond}}(\ce{C-H})

、

H_{\text{bond}}(\ce{C-H}) = 1.19\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C})

を用いる。(a) プロパンの直接脱水素のエンタルピー変化を

H_{\text{bond}}(\ce{C-C})

の式で求めよ。(b) 定温で圧力を上げてもプロペン量を増やしにくい——この現象を最もよく説明する法則・原理はどれか。(c) 平衡系について、

\Delta H

、

\Delta S

の符号と、初めの温度より高い

T^*

に上げたときの

\Delta G

の変化の向きを答えよ。

ステップ 3/3:

\Delta H

、

\Delta S

の符号と

\Delta G

の傾向

\Delta H > 0,\quad \Delta S > 0,\quad \Delta G = \Delta H - T\Delta S \Rightarrow \Delta G \text{ decreases as } T \text{ rises}

分析

脱水素は吸熱（ $\Delta H > 0$ 、(a)より）で気体分子数が増える（ $\Delta S > 0$ ）。よって $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ は温度上昇とともにより負になり、高温 $T^*$ で正反応が促進される。