【題目】化工原料異丁烯(C4H8)可由異丁烷(C4H10)直接催化脫氫制備:C4H10(g) C4H8(g) + H2(g)ΔH+139 kJ/mol

1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為_________________。

2)一定條件下,以異丁烷為原料生產(chǎn)異丁烯。溫度、壓強(qiáng)改變對(duì)異丁烷平衡轉(zhuǎn)化率的

影響如下圖所示。

①判斷p1p2的大小關(guān)系:p1_________________(填“>”“<”p2,理由是_________________。

②若異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率為40%,則平衡混合氣中異丁烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最多為______%(保留小數(shù)點(diǎn)后1位)。

3)目前,異丁烷催化脫氫制備異丁烯的研究熱點(diǎn)是催化活性組分以及載體的選擇。下表是以V-Fe-K-O為催化活性物質(zhì),反應(yīng)時(shí)間相同時(shí),測(cè)得的不同溫度、不同載體條件下的數(shù)據(jù)。

溫度/

570

580

590

600

610

γ-Al2O3為載體

異丁烷轉(zhuǎn)化率/%

36.41

36.49

38.42

39.23

42.48

異丁烯收率/%

26.17

27.11

27.51

26.56

26.22

TiO2為載體

異丁烷轉(zhuǎn)化率/%

30.23

30.87

32.23

33.63

33.92

異丁烯收率/%

25.88

27.39

28.23

28.81

29.30

說(shuō)明:收率=(生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的原料量/原料的進(jìn)料量)×100%

①由上表數(shù)據(jù),可以得到的結(jié)論是____________(填字母序號(hào))。

a.載體會(huì)影響催化劑的活性

b. 載體會(huì)影響催化劑的選擇性

c.載體會(huì)影響化學(xué)平衡常數(shù)

②分析以γ-Al2O3為載體時(shí)異丁烯收率隨溫度變化的可能原因:___________。

【答案】 < 該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng);圖象表明,溫度一定時(shí),壓強(qiáng)由p1變?yōu)?/span>p2,異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小,平衡逆向移動(dòng),可知p1<p2 28.6 ab 溫度升高時(shí)異丁烯的收率增加的可能原因:催化劑活性增加,反應(yīng)速率加快,平衡正向移動(dòng)(或其他合理原因);溫度繼續(xù)升高,異丁烯的收率下降的可能原因:催化劑的選擇性下降,發(fā)生副反應(yīng)的異丁烷的比例增加(或其他合理原因)

【解析】

1)化學(xué)平衡常數(shù)=,則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=,

答案為:

2)①根據(jù)反應(yīng)C4H10(g) C4H8(g) + H2(g),該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng);圖象表明,溫度一定時(shí),壓強(qiáng)由p1變?yōu)?/span>p2,異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小,平衡逆向移動(dòng),可知p1<p2

答案為:<;該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng);圖象表明,溫度一定時(shí),壓強(qiáng)由p1變?yōu)?/span>p2,異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小,平衡逆向移動(dòng),可知p1<p2

②設(shè)異丁烷初始物質(zhì)的量為a,平衡轉(zhuǎn)化率為40%,則根據(jù)反應(yīng)利用三段式:

C4H10(g) C4H8(g)+H2(g)

初始(mol a 0 0

變化(mol 40% a 40% a 40% a

平衡(mol (1-40%) a 40% a 40% a

則平衡混合氣中異丁烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最多為×100%=28.6%,

答案為:28.6

3)①a. 由上表數(shù)據(jù),相同溫度下,同一催化劑選擇不同的載體異丁烷轉(zhuǎn)化率和異丁烯收率不同,即催化效果不同,說(shuō)明不同載體會(huì)影響催化劑的活性,故a正確;

b. γ-Al2O3為載體時(shí),隨著溫度的升高異丁烷轉(zhuǎn)化率不斷升高,而異丁烯收率基本不變;以TiO2為載體時(shí),異丁烷轉(zhuǎn)化率和異丁烯收率都隨著溫度的升高而增大,說(shuō)明不同的載體會(huì)影響催化劑的選擇性,故b正確;

c.化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),與催化劑或催化劑載體無(wú)關(guān),故c錯(cuò)誤;

答案選ab;

②以γ-Al2O3為載體時(shí)溫度升高時(shí),異丁烯的收率增加的可能原因:催化劑活性增加,反應(yīng)速率加快,平衡正向移動(dòng);溫度繼續(xù)升高,異丁烯的收率下降的可能原因:催化劑的選擇性下降,發(fā)生副反應(yīng)的異丁烷的比例增加,

答案為:溫度升高時(shí)異丁烯的收率增加的可能原因:催化劑活性增加,反應(yīng)速率加快,平衡正向移動(dòng)(或其他合理原因);溫度繼續(xù)升高,異丁烯的收率下降的可能原因:催化劑的選擇性下降,發(fā)生副反應(yīng)的異丁烷的比例增加(或其他合理原因)。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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1)乙烯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是__

2)寫(xiě)出乙烯在一定條件下生成聚乙烯塑料的化學(xué)方程式為___。

3)可以用來(lái)除去乙烷中混有的乙烯的試劑是__(填序號(hào)

①水 ②氫氣 ③溴水 ④酸性高錳酸鉀溶液

4)在一定條件下,乙烯能與水反應(yīng)生成有機(jī)物A,A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是__,其反應(yīng)類(lèi)型是__反應(yīng)取代加成

5)下列化學(xué)反應(yīng)原理相同的是__填序號(hào)。

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SO2使溴水和酸性高錳酸鉀溶液褪色

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_____________(反應(yīng)類(lèi)型____________)。

_________(反應(yīng)類(lèi)型____________)。

(3)戊烷的同分異構(gòu)體中,在相同條件下沸點(diǎn)最低的是________(寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式)。

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