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【題目】異丁烯是一種重要的化工原料,可由異丁烷直接催化脫氫制備:

(1)已知:

寫出由異丁烷催化脫氫制備異丁烯的熱化學方程式。_________

(2)一定條件下,以異丁烷為原料催化脫氫生產異丁烯。溫度、壓強的改變對異丁烷平衡轉化率的影響如圖所示。

①判斷、的大小關系:_____________(“>”“<”);能使單位時間內異丁烯的產量提高,又能使異丁烷平衡產率提高,應采取的措施是____________(填標號)。

a.升高溫度 b.降低溫度 c.增大壓強 d.降低壓強 e.使用催化劑

②平衡常數的表達式中的平衡濃度可以用平衡時各氣體的分壓代替(氣體a的分壓=氣體a的物質的量分數×總壓強,即()。求圖中的A點狀態(tài)下的異丁烷脫氫反應的平衡常數_____________(保留兩位有效數字)

(3)溫度對催化劑的活性和目標產物的選擇性都有一定的影響。下表是以為催化劑,在反應時間相同時,測得的不同溫度下的數據。

溫度/

550

570

590

610

630

異丁烷轉化率/%

13.8

24.5

25.6

30.0

33.3

異丁烯選擇性/%

93.9

88.3

95.0

80.4

71.2

異丁烯的產率/%

12.9

21.6

w

24.1

23.7

已知①選擇性;②異丁烷高溫下裂解生成短碳鏈烴類化合物

590℃時異丁烯的產率_____________×100%。

②在590℃之前異丁烯的產率隨溫度升高而增大的原因可能是____________、_____________。

590℃之后,異丁烯產率降低的主要原因可能是_____________。

【答案】C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g) H=+123kJmol-1 > a 0.18 0.243 升高溫度,平衡正向移動 升高溫度,反應速率加快 異丁烷高溫下裂解生成短碳鏈烴類化合物,有副產物生成,產率降低。

【解析】

根據題中給出的熱化學方程式,由蓋斯定律可求得;根據題中圖示關系,可判斷T1T2關系及采取的措施;根據化學平衡方程式和A點的轉化率,由三段式求出Kp值;根據異丁烷的轉化率和異丁烯的選擇性,可求出異丁烯的產率;由化學平衡方程式結合所給的圖和題目提供的信息判斷590℃前產率升高的原因和590℃以后產率下降的原因,據此解答。

1)由①C4H10(g)+O2(g)=C4H8(g)+H2O(g)H1=-119 kJmol-1和②H2(g)+O2(g)=H2O(g)H2=-242kJ·mol-1,根據蓋斯定律可知,①-②得到C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g),則H=-119kJmol-1--242kJmol-1=+123kJmol-1;答案為:C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)H=+123kJmol-1。

2)①由圖可知,橫坐標是壓強,縱坐標是異丁烷的平衡轉化率,取相同的壓強條件下,作一虛直線交T1曲線于a點,交T2曲線于b點,則a點對應的異丁烷的平衡轉化率>b點對應的異丁烷的平衡轉化率,根據C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g) +123H=+123kJmol-1,H>0,反應是吸熱的,升高溫度,平衡向正反應方向移動,異丁烷的平衡轉化率才增大,所以溫度T1>T2,能使單位時間內異丁烯的產量提高,又能使異丁烷平衡產率提高,由于該反應是一個吸熱反應,且是一個氣體體積增大的反應,所以應采取的措施為;

a.升高溫度,既能增大反應速率,又能使平衡正向移動,故a符合要求;

b.降低溫度,反應速率減小,平衡逆向移動,故b不符合要求;

c.增大壓強,反應速率增大,平衡逆向移動,故c不符合要求;

d.降低壓強,反應速率減小,平衡正向移動,能提高產率,但反應速率減小,單位時間內異丁烯的產量不一定提高,故d不符合要求;

e.使用催化劑,對平衡移動無影響,不會提高異丁烷的平衡轉化率,故e不符合要求;答案為>,a。

②平衡常數的表達式中的平衡濃度可以用平衡時各氣體的分壓代替(氣體a的分壓=氣體a的物質的量分數×總壓強,即()。圖中的A點狀態(tài)下,總壓強p=0.1MPa,異丁烷的平衡轉化率為80%,設起始狀態(tài)C4H10物質的量為1mol,根據變化的量=起始的量×轉化率可知,達平衡時n(C4H10)=1-1×80%=0.2moln(C4H8)=0.8mol,n(H2)=0.8mol,則各分壓為p(C4H10)=×0.1MPa= MPap(C4H8)=×0.1MPa= MPa,同理,p(H2)= MPa,平衡常數Kp= = =0.18;答案為0.18。

3)①根據異丁烷的轉化率=×100%和異丁烯的選擇性=,由C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g) +123H=+123kJmol-1方程式可知,消耗異丁烷的物質的量與生成異丁烯的物質的量相等的,所以,根據異丁烷的起始量求出異丁烯的理論產量,根據生成目標產物所消耗的反應物的量可求出異丁烯的實際產量,由異丁烯的產率= ×100%,可知在590℃時,異丁烷的轉化率為25.6%,異丁烯的選擇性為95%,則異丁烯的產率=25.6%×95%=0.243;答案為0.243。

②該反應是吸熱反應,升高溫度,反應速率加快,平衡正向移動;答案為升高溫度,平衡正向移動;升高溫度,反應速率加快。

③高于590℃后,異丁烷高溫下裂解生成短碳鏈烴類化合物,有副產物生成,導致異丁烯產率降低;答案為異丁烷高溫下裂解生成短碳鏈烴類化合物,有副產物生成,異丁烯產率降低。

練習冊系列答案
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沉淀物

開始沉淀時的

完全沉淀時的

2.7

3.2

7.6

9.7

7.1

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【題目】根據下列實驗操作和現象所得到的結論正確的是( )

選項

實驗操作和現象

結論

A

用潔凈的鉑絲蘸取某食鹽試樣,在酒精燈火焰上灼燒,火焰顯黃色

說明該食鹽試樣不含

B

能與氫氟酸及堿反應

是兩性氧化物

C

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溶液中含

D

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(1)寫出與鹽酸反應的化學方程式。_____________

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