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解答题-原理综合题 困难0.15 引用1 组卷390
1-丁烯是仅次于乙烯和丙烯的重要石油化工基本原料，可以利用正丁烷催化脱氢制备，催化脱氢又分为无氧催化脱氢和有氧催化脱氢。实际化工生产中需对反应条件(催化剂、温度等)进行探究，以获取最佳效益。
已知：I．温度过高会引发正丁烷裂解生成低碳烃类的副反应。
II．产物收率=生成某产物的原料量/投入的原料量×100%。
(1)利用正丁烷无氧催化脱氢制备1-丁烯反应原理如下：
CH3CH2CH2CH3H2C=CHCH2CH3+H2   ΔH
已知CH3 CH2CH2CH3、CH2 =CHCH2CH3、H2的燃烧热分别为2 878 kJ/mol、2 720 kJ/mol、286 kJ/mol，计算ΔH=___________。
(2)无氧催化脱氢用Pt系催化剂时，正丁烷单位时间转化率和1-丁烯选择性如表所示。
催化剂单位时间转化率/%1-丁烯选择性/%
催化剂1：PtSn/γ-Al2O323.092.0
催化剂2：PtSnSr0.2/γ-Al2O338.588.1
催化剂3：PtSn(0.3%)/MgAl2O427.098.9
①仅从1-丁烯选择性的角度考虑，应选择的催化剂为___________(填催化剂序号，下同)。
②工业上，从1-丁烯单位时间收率的角度考虑，应选择的最佳催化剂为___________。
(3)其他条件相同，30 min时测得正丁烷转化率、1-丁烯收率随温度的变化关系如图所示。

温度高于590 ℃时1-丁烯收率降低的原因是_________________。
(4)有氧催化脱氢通常选择O2或CO2为氧化剂，VOx-MgO为催化剂，反应原理如下：
2CH3CH2CH2CH3+O2 2CH2 =CHCH2CH3 +2H2O   i
CH3 CH2CH2CH3+CO2H2C=CHCH2CH3+H2O+CO   ii
一定温度下，在体积为10 L的恒容密闭容器中，加入10 mol CH3CH2CH2CH3、7 mol O2、3 mol CO2进行反应i和ii．测得初始压强为20kPa，经过10h，反应达到平衡，此时压强变成25kPa，其中O2的体积分数为16%。回答下列问题：
①v(O2)=___________kPa/h (用O2分压表示速率)。
②该温度下，反应ii的平衡常数Kp=___________ kPa。
③O2为氧化剂时，1-丁烯的选择性明显低于CO2为氧化剂时的选择性，分析可能原因：______________。
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知识点：盖斯定律与热化学方程式化学平衡的移动及其影响因素化学平衡常数的有关计算 答案解析 【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！
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丁烯(C4H8)是重要的化工原料，可由丁烷(C4H10)催化脱氢制备，反应如下：CH3CH2CH2CH3(g)CH2=CHCH2CH3(g)+H2(g)ΔH
已知：
i.该工艺过程的副产物有炭(C)，生成的积炭会附着在催化剂表面，影响催化效果。
ii.温度过高会引发正丁烷裂解生成低碳烃类的副反应。
iii.H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH1
CH3CH2CH2CH3(g)+O2(g)=4CO2(g)+5H2O(l) ΔH2
CH2=CHCH2CH3(g)+6O2(g)=4CO2(g)+4H2O(l) ΔH3
(1)用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示丁烷催化脱氢反应的反应热ΔH=___。
(2)寻找高效的催化剂是脱氢反应重要的研究课题之一。
①催化剂使用一段时间后活性会下降，通入适量氢气可使其改善，氢气的作用是___。
②其他条件相同时，以SiO2为载体与不同质量百分比的CrOx组合，催化效果相关数据如表。
实验组催化剂组成正丁烷转化率/%正丁烯收率/%
1无催化剂50.35
2SiO250.35
3SiO2+9%CrOx25.518.3
4SiO2+15%CrOx27.520.65
5SiO2+21%CrOx2417.87
下列说法正确的是____(填序号)。
a.脱氢反应中SiO2不起催化作用
b.CrOx的含量越高，反应的催化效果越好
c.CrOx的含量对丁烷脱氢反应的焓变无影响
(3)其他条件相同，30min时测得正丁烷转化率、正丁烯收率随温度的变化如图1。
[收率=×100%]

①实际生产温度选择590℃，由图1说明其理由是___。
②590℃时，向体积为1L的密闭容器中充入3mol正丁烷气体，据图1计算0~30min内生成正丁烯的平均反应速率为__mol/(L·min)。
(4)其他条件相同，30min时正丁烷转化率、正丁烯收率随进料气中的变化如图2。图2中，＞2.5后，正丁烷转化率和正丁烯收率呈减小趋势，原因是___。
丁烯和丙烯都是重要的基础化工原料，工业上可用正丁烷制备1−丁烯，然后用1−丁烯制备丙烯。正丁烷催化脱氢制备1−丁烯的反应为：CH3CH2CH2CH3(g)CH2=CHCH2CH3(g)+H2(g) ΔH
已知：Ⅰ.温度过高会引发正丁烷裂解生成低碳烃类的副反应。
Ⅱ．H2(g)、CH3CH2CH2CH3(g)、CH2=CHCH2CH3(g)的燃烧热分别为ΔH1=−Q1kJ•mol−1、ΔH2=−Q2kJ•mol−1、ΔH3=−Q3kJ•mol−1。
回答下列问题：
(1)ΔH=___________。(用含Q1、Q2、Q3的代数式表示)。
(2)其他条件相同时，在不同配比的催化剂条件下，催化效果的相关数据如表所示。
实验组催化剂组成正丁烷转化率/%1−丁烯收率/%
1无催化剂50.35
2SiO250.35
3SiO2+9%CrOx25.518.3
4SiO2+15%CrOx27.520.65
5SiO2+21%CrOx2417.87
下列说法正确的是___________(填标号)。
a．脱氢反应中SiO2不起催化作用
b．CrOx的含量越高，催化效果越好
c．CrOx的含量对脱氢反应的焓变无影响
(3)其他条件相同，30min时测得正丁烷转化率、1−丁烯收率(收率=×100％)随温度的变化关系如图1所示。实际生产温度选择590℃，理由是___________。590℃时，向体积为1L的密闭容器中充入3mol正丁烷气体，据图1计算0~30min生成1−丁烯的平均反应速率为___________mol/(L·min)。

(4)在恒压密闭容器中投入等物质的量的1−丁烯和乙烯，某温度下制备丙烯，发生的反应为C4H8(g)+C2H4(g)2C3H6(g)，测得C3H6(g)的体积分数与时间的关系如图2所示。相对曲线d，曲线c仅改变一个条件，该条件可能是___________，在该温度下，反应的平衡常数K=___________。

(5)Kolbe电解羧酸盐法可制取高纯度的烷烃。以Pt为电极，电解高浓度的丙酸钠(CH3CH2COONa)溶液可获得丁烷。装置如图3所示：

①该装置应选择___________(填“阳”或“阴”)离子交换膜；
②A电极的电极反应式为___________。
I.氨基甲酸铵(H2NCOONH4)为尿素生产过程的中间产物，易分解。某小组对氨基甲酸铵的分解实验进行探究。回答下列问题：
(1)H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体的热化学方程式：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g) ΔH=+159.5kJ/mol，恒容条件下，实验测得数据如下表所示：
T/K293298303308313
p/kPa8.6011.4016.2420.8630.66

①恒温恒容时，下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是___________(填标号)。
A．容器内总压强不再改变                           B．2v正(NH3)=v逆(CO2)
C．c2(NH3)∙c(CO2)的值不再改变                    D．NH3的体积分数不再改变
②某温度下，该反应平衡时容器内总压强为p，写出该反应的压强平衡常数的计算式Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度。分压=总压×物质的量分数)。
③随着温度升高，Kp逐渐_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。其主要原因是________。
④某温度下，达到平衡后，欲增加NH3的平衡浓度。可采取的措施有_______(填标号)。
A．加H2NCOONH4 B．加催化剂          C．减小体积增大压强                 D．移走CO2
(2)已知：RInKp=+C(C为常数)。

根据上表实验数据得到图象，则该反应的反应热ΔH=___________kJ·mol-1。
II.内烯是重要的工业品。可用于制取卤代烃、内醇及塑料等。工业中以丙烷催化脱氢来制取丙烯：
主反应：C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1
副反应：C3H8(g) CH4(g)+C2H4(g) ΔH2=+8130kJ·mol-1
已知部分化学键的键能如下表：
共价键C-CC=CC-HH-H
键能(kJ·mol-1)348615413436
(3)△H1=___________。
(4)不同温度下，丙烷以相同的流速经过装有催化剂的管道。测得丙烷转化率。丙烯选择性和温度的关系如图1所示。下列有关丙烷催化脱氢反应说法正确的是___________。
A．主、副反应的ΔS相等
B．温度升高，丙烯的产率增大
C．单位时间内生成1molH-H键，同时消耗lmolC=C键，反应未达到平衡
D．高于600°C，温度升高，主、副反应平衡逆移，导致丙烷转化率下降
(5)某T℃时，在l0L密闭反应器中加入1mol丙烷进行催化脱氢实验，测得C3H6和C2H4的产率随时间的变化关系。如图2所示。

①t1前，相同时间内，C2H4的产率高于C3H6的原因是___________。
②T℃时，主反应的平衡常数K=___________。(保留2位有效数字)

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