题目

15.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) ΔH1CH3CH2CH2CH3(g)+O2(g)=4CO2(g)+5H2O(l) ΔH2CH2=CHCH2CH3(g)+6O2(g)=4CO2(g)+4H2O(l) ΔH3(1)用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示丁烷催化脱氢反应反应热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 5 0.35 2 SiO2 5 0.35 3 SiO2+9%CrOx 25.5 18.3 4 SiO2+15%CrOx 27.5 20.65 5 SiO2+21%CrOx 24 17.87 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___。

15.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

5

0.35

2

SiO2

5

0.35

3

SiO2+9%CrOx

25.5

18.3

4

SiO2+15%CrOx

27.5

20.65

5

SiO2+21%CrOx

24

17.87

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___。

题目解答

答案

【答案】 (1). ΔH2-ΔH1-ΔH3 (2). H2可以除去积炭，提高催化剂活性 (3). ac (4). 图1中590℃时正丁烯收率最高，副产物收率较低 (5). 0.02 (6).答案一：H2含量过高，导致主反应CH3CH2CH2CH3(g)CH2=CHCH2CH3(g)+H2(g)的化学平衡逆向移动；答案二：H2含量过高，不利于反应物与催化剂充分接触，导致反应速率下降

【解析】

分析】

【详解】(1)①H2(g)+O2(g)=H2O(l)ΔH1，②CH3CH2CH2CH3(g)+O2(g)=4CO2(g)+5H2O(l)ΔH2，③CH2=CHCH2CH3(g)+6O2(g)=4CO2(g)+4H2O(l)ΔH3，根据盖斯定律分析，由②-③-①得丁烷催化脱氢反应的热化学方程式：CH3CH2CH2CH3(g)CH2=CHCH2CH3(g)+H2(g)ΔH=ΔH2-ΔH1-ΔH3；

(2)①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，催化剂在使用一段时间后活性会下降，H2可以除去积炭，提高催化剂活性所以通入适量氢气可使其改善；

②a.从实验1、2数据分析，脱氢反应中SiO2不起催化作用，故正确；

b.从实验4、5数据分析，不是CrOx的含量越高，反应的催化效果越好，故错误；

c.催化剂不影响平衡，所以CrOx的含量对丁烷脱氢反应的焓变无影响，故正确。

故选ac；

(3)①从图1分析，590℃时正丁烯收率最高，副产物收率较低，所以实际生产温度选择590℃；

②590℃时，向体积为1L的密闭容器中充入3mol正丁烷气体，据图1中0~30min内正丁烯的收率为20%，所以生成的正丁烯的物质的量为3×20%=0.6mol，生成正丁烯的平均反应速率为=0.02mol/(L·min)。

(4)＞2.5后，H2含量过高，导致主反应CH3CH2CH2CH3(g)CH2=CHCH2CH3(g)+H2(g)的化学平衡逆向移动，使正丁烷转化率和正丁烯收率都减小；或者H2含量过高，不利于反应物与催化剂充分接触，导致反应速率下降，造成相同时间内正丁烷转化率和正丁烯收率都减小。