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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:______________
2023·山西晋中·三模
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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(NH3)=v(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。

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

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