Chemistry Labs

第 1 题

用多相催化剂生产丙烯。丙烯是石化工业最有价值的化学品之一，可由丙烷在多相催化剂上直接脱氢制得：CX3HX8(g)⇌CX3HX6(g)+HX2(g)\ce{C3H8(g) <=> C3H6(g) + H2(g)}，但该反应在经济上不可行。给定平均键焓关系：Hbond(C=C)=1.77 Hbond(C−C)H_{\text{bond}}(\ce{C=C}) = 1.77\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C})，Hbond(H−H)=1.05 Hbond(C−H)H_{\text{bond}}(\ce{H-H}) = 1.05\,H_{\text{bond}}(\ce{C-H})，Hbond(C−H)=1.19 Hbond(C−C)H_{\text{bond}}(\ce{C-H}) = 1.19\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C})。(a) 用 Hbond(C−C)H_{\text{bond}}(\ce{C-C}) 表示丙烷直接脱氢的焓变。(b) 恒温下加压难以提高丙烯产量——哪个定律或原理最能解释此现象？(c) 对该平衡反应，给出 ΔH\Delta H、ΔS\Delta S 的符号，以及温度升至高于初始温度的 T∗T^* 时 ΔG\Delta G 的变化方向。
第 1/3 步：断键与成键之差
← 上一步下一步 →
ΔHrxn=[2H(C−C)+8H(C−H)]−[H(C=C)+H(C−C)+6H(C−H)+H(H−H)]=+0.360 Hbond(C−C)\Delta H_{\text{rxn}} = [2H(\ce{C-C}) + 8H(\ce{C-H})] - [H(\ce{C=C}) + H(\ce{C-C}) + 6H(\ce{C-H}) + H(\ce{H-H})] = +0.360\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C})
分析

丙烷含2个C–C键和8个C–H键；丙烯含1个C=C、1个C–C、6个C–H，另加1个H–H。故 ΔH=[2+8×1.19]−[1.77+1+6×1.19+1.05×1.19]=11.52−11.16=+0.36 H(C−C)\Delta H = [2 + 8\times1.19] - [1.77 + 1 + 6\times1.19 + 1.05\times1.19] = 11.52 - 11.16 = +0.36\,H(\ce{C-C})：反应吸热。

常见错误. 仔细数 C–H 键：丙烷有8个（CHX3−CHX2−CHX3\ce{CH3-CH2-CH3} 为 6+2 = 8），丙烯只有6个——脱下的两个氢形成 HX2\ce{H2}。