题目内容

【题目】丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:

(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:

①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1

已知:②C4H10(g)+ O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1

③H2(g)+ O2(g)= H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1

反应①的ΔH1________ kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x_____________0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是__________(填标号)。

A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强

(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是___________

(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是_______________________;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________

【答案】 +123kJ·mol-1 < AD 氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大 升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类

【解析】(1)根据盖斯定律,用②式-③式可得①式,因此△H1=△H2-△H3=-119 kJ/mol +242 kJ/mol =+123kJ/mol。由a图可以看出,温度相同时,由0.1MPa变化到xMPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,根据反应前后气体系数之和,反应前气体系数小于反应后气体系数之和,因此减小压强,平衡向正反应方向移动,即x<0.1。提高丁烯的产率,要求平衡向正反应方向移动,A、因为反应①是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,即丁烯转化率增大,故A正确;B、降低温度,平衡向逆反应方向移动,丁烯的转化率降低,故B错误;C、反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和,增大压强,平衡向逆反应方向移动,丁烯的转化率降低,故C错误;D、根据C选项分析,降低压强,平衡向正反应方向移动,丁烯转化率提高,故D正确;(2)因为通入丁烷和氢气,发生①,氢气是生成物,随着n(H2)/n(C4H10)增大,相当于增大氢气的量,反应向逆反应方向进行,逆反应速率增加;(3)根据图(c),590℃之前,温度升高时反应速率加快,生成的丁烯会更多,同时由于反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590℃时,由于丁烷高温会裂解生成短链烃类,所以参加反应①的丁烷也就相应减少。

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