题目
80 (0,1,80)-|||-60 (pi )_(1)-|||-40 T2-|||-20-|||-1% 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.6 P/MPa异丁烯（C4H8）是一种重要的化工原料，可由异丁烷（C4H10）直接催化脱氢制备：（1）已知：C4H10（g）+(1)/(2)O2（g）═C4H8（g）+H2O（g）△H1=-119kJ•mol-1H2（g）+(1)/(2)O2（g）═H2O（g）△H2=-242kJ•mol-1写出由异丁烷（C4H10）催化脱氢制备异丁烯（C4H8）的热化学方程式。 ____ 。（2）一定条件下，以异丁烷为原料催化脱氢生产异丁烯。温度、压强的改变对异丁烷平衡转化率的影响如图所示。①判断T1、T2的大小关系：T1 ____ T2（填“＞”或“＜”）；能使单位时间内异丁烯的产量提高，又能使异丁烷平衡产率提高，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 e．使用催化剂②平衡常数的表达式中的平衡浓度可以用平衡时各气体的分压代替（气体a的分压=气体a的物质的量分数×总压强，即p（a）=x（a）×p（总）。求图中的A点状态下的异丁烷脱氢反应的平衡常数Kp= ____ （保留两位有效数字）。（3）温度对催化剂的活性和目标产物的选择性都有一定的影响。表是以V2O5/γ-Al2O3为催化剂，在反应时间相同时，测得的不同温度下的数据。 温度/℃ 550 570 590 610 630 异丁烷转化率/% 13.8 24.5 25.6 30.0 33.3 异丁烯选择性/% 93.9 88.3 95.0 80.4 71.2 异丁烯的产率/% 12.9 21.6 w 24.1 23.7 已知：①选择性=((生成目标产物所消耗的反应物的量))/((参与反应的反应物的量))×100%；②异丁烷高温下裂解生成短碳链烃类化合物。①590℃时异丁烯的产率w= ____ ×100%。②在590℃之前异丁烯的产率随温度升高而增大的原因可能是 ____ 、 ____ 。③590℃之后，异丁烯产率降低的主要原因可能是 ____ 。
异丁烯（C4H8）是一种重要的化工原料，可由异丁烷（C4H10）直接催化脱氢制备：（1）已知：
C4H10（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═C4H8（g）+H2O（g）△H1=-119kJ•mol-1
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H2=-242kJ•mol-1
写出由异丁烷（C4H10）催化脱氢制备异丁烯（C4H8）的热化学方程式。 ____ 。
（2）一定条件下，以异丁烷为原料催化脱氢生产异丁烯。温度、压强的改变对异丁烷平衡转化率的影响如图所示。
①判断T1、T2的大小关系：T1 ____ T2（填“＞”或“＜”）；能使单位时间内异丁烯的产量提高，又能使异丁烷平衡产率提高，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 e．使用催化剂
②平衡常数的表达式中的平衡浓度可以用平衡时各气体的分压代替（气体a的分压=气体a的物质的量分数×总压强，即p（a）=x（a）×p（总）。求图中的A点状态下的异丁烷脱氢反应的平衡常数Kp= ____ （保留两位有效数字）。
（3）温度对催化剂的活性和目标产物的选择性都有一定的影响。表是以V2O5/γ-Al2O3为催化剂，在反应时间相同时，测得的不同温度下的数据。
| 温度/℃ | 550 | 570 | 590 | 610 | 630 |
| 异丁烷转化率/% | 13.8 | 24.5 | 25.6 | 30.0 | 33.3 |
| 异丁烯选择性/% | 93.9 | 88.3 | 95.0 | 80.4 | 71.2 |
| 异丁烯的产率/% | 12.9 | 21.6 | w | 24.1 | 23.7 |
①590℃时异丁烯的产率w= ____ ×100%。
②在590℃之前异丁烯的产率随温度升高而增大的原因可能是 ____ 、 ____ 。
③590℃之后，异丁烯产率降低的主要原因可能是 ____ 。
题目解答
答案
解：（1）由①C4H10（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）△H1=-119kJ/mol，
②H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）△H2=-242kJ/mol，根据盖斯定律可知，①-②得到C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g），则△H=（-119kJ/mol）-（-242kJ/mol）=+123kJ/mol，
故答案为：C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）△H=+123kJ/mol；
（2）①由
图可知，横坐标是压强，纵坐标是异丁烷的平衡转化率，取相同的压强条件下，作一虚线交T1曲线于a点，交T2曲线于b点，则a点对应的异丁烷的平衡转化率＞b点对应的异丁烷的平衡转化率，
根据C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）+123△H=+123kJ/mol，△H＞0，反应是吸热的，升高温度，平衡向正反应方向移动，异丁烷的平衡转化率才增大，所以温度T1＞T2，能使单位时间内异丁烯的产量提高，又能使异丁烷平衡产率提高，由于该反应是一个吸热反应，且是一个气体体积增大的反应，所以应采取的措施为：
a．升高温度，既能增大反应速率，又能使平衡正向移动，故a符合要求；
b．降低温度，反应速率减小，平衡逆向移动，故b不符合要求；
c．增大压强，反应速率增大，平衡逆向移动，故c不符合要求；
d．降低压强，反应速率减小，平衡正向移动，能提高产率，但反应速率减小，单位时间内异丁烯的产量不一定提高，故d不符合要求，
e．使用催化剂，对平衡移动无影响，不会提高异丁烷的平衡转化率，故e不符合要求，
故答案为：＞，a。
②平衡常数的表达式中的平衡浓度可以用平衡时各气体的分压代替（气体a的分压=气体a的物质的量分数×总压强，即p（a）=x（a）×p（总）。图中的A点状态下，总压强p=0.1MPa，异丁烷的平衡转化率为80%，设起始状态C4H10物质的量为1mol，根据变化的量=起始的量×转化率可知，达平衡时n（C4H10）=1-1×80%=0.2mol，n（C4H8）=0.8mol，n（H2）=0.8mol，则各分压为p（C4H10）=$\frac{{0.2mol}}{{0.2mol+0.8mol+0.8mol}}$×0.1MPa=$\frac{{0.1}}{9}$MPa，p（C4H8）=$\frac{{0.8mol}}{{0.2mol+0.8mol+0.8mol}}$×0.1MPa=$\frac{{0.4}}{9}$MPa，同理，p（H2）=$\frac{{0.4}}{9}$MPa，平衡常数Kp=$\frac{{p（{C_4}{H_8}）×p（{H_2}）}}{{p（{C_4}{H_{10}}）}}$=$\frac{{\frac{{0.4}}{9}×\frac{{0.4}}{9}}}{{\frac{{0.1}}{9}}}$=0.18，
故答案为：0.18；
（3）①根据异丁烷的转化率=$\frac{{变化的物质的量}}{{起始的物质的量}}$×100%和异丁烯的选择性=$\frac{{生成目标产物所消耗的反应物的量}}{{参与反应的反应物的量}}×100%$，由C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）+123△H=+123kJ/mol方程式可知，消耗异丁烷的物质的量与生成异丁烯的物质的量相等的，所以，根据异丁烷的起始量求出异丁烯的理论产量，根据生成目标产物所消耗的反应物的量可求出异丁烯的实际产量，由异丁烯的产率=$\frac{{实际产量}}{{理论产量}}$×100%，可知在590℃时，异丁烷的转化率为25.6%，异丁烯的选择性为95%，则异丁烯的产率=25.6%×95%=0.243，
故答案为：0.243；
②该反应是吸热反应，升高温度，反应速率加快，平衡正向移动，
故答案为：升高温度，平衡正向移动；升高温度，反应速率加快；
③高于590℃后，异丁烷高温下裂解生成短碳链烃类化合物，有副产物生成，导致异丁烯产率降低，
故答案为：异丁烷高温下裂解生成短碳链烃类化合物，有副产物生成，异丁烯产率降低。
②H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）△H2=-242kJ/mol，根据盖斯定律可知，①-②得到C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g），则△H=（-119kJ/mol）-（-242kJ/mol）=+123kJ/mol，
故答案为：C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）△H=+123kJ/mol；
（2）①由
图可知，横坐标是压强，纵坐标是异丁烷的平衡转化率，取相同的压强条件下，作一虚线交T1曲线于a点，交T2曲线于b点，则a点对应的异丁烷的平衡转化率＞b点对应的异丁烷的平衡转化率，根据C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）+123△H=+123kJ/mol，△H＞0，反应是吸热的，升高温度，平衡向正反应方向移动，异丁烷的平衡转化率才增大，所以温度T1＞T2，能使单位时间内异丁烯的产量提高，又能使异丁烷平衡产率提高，由于该反应是一个吸热反应，且是一个气体体积增大的反应，所以应采取的措施为：
a．升高温度，既能增大反应速率，又能使平衡正向移动，故a符合要求；
b．降低温度，反应速率减小，平衡逆向移动，故b不符合要求；
c．增大压强，反应速率增大，平衡逆向移动，故c不符合要求；
d．降低压强，反应速率减小，平衡正向移动，能提高产率，但反应速率减小，单位时间内异丁烯的产量不一定提高，故d不符合要求，
e．使用催化剂，对平衡移动无影响，不会提高异丁烷的平衡转化率，故e不符合要求，
故答案为：＞，a。
②平衡常数的表达式中的平衡浓度可以用平衡时各气体的分压代替（气体a的分压=气体a的物质的量分数×总压强，即p（a）=x（a）×p（总）。图中的A点状态下，总压强p=0.1MPa，异丁烷的平衡转化率为80%，设起始状态C4H10物质的量为1mol，根据变化的量=起始的量×转化率可知，达平衡时n（C4H10）=1-1×80%=0.2mol，n（C4H8）=0.8mol，n（H2）=0.8mol，则各分压为p（C4H10）=$\frac{{0.2mol}}{{0.2mol+0.8mol+0.8mol}}$×0.1MPa=$\frac{{0.1}}{9}$MPa，p（C4H8）=$\frac{{0.8mol}}{{0.2mol+0.8mol+0.8mol}}$×0.1MPa=$\frac{{0.4}}{9}$MPa，同理，p（H2）=$\frac{{0.4}}{9}$MPa，平衡常数Kp=$\frac{{p（{C_4}{H_8}）×p（{H_2}）}}{{p（{C_4}{H_{10}}）}}$=$\frac{{\frac{{0.4}}{9}×\frac{{0.4}}{9}}}{{\frac{{0.1}}{9}}}$=0.18，
故答案为：0.18；
（3）①根据异丁烷的转化率=$\frac{{变化的物质的量}}{{起始的物质的量}}$×100%和异丁烯的选择性=$\frac{{生成目标产物所消耗的反应物的量}}{{参与反应的反应物的量}}×100%$，由C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）+123△H=+123kJ/mol方程式可知，消耗异丁烷的物质的量与生成异丁烯的物质的量相等的，所以，根据异丁烷的起始量求出异丁烯的理论产量，根据生成目标产物所消耗的反应物的量可求出异丁烯的实际产量，由异丁烯的产率=$\frac{{实际产量}}{{理论产量}}$×100%，可知在590℃时，异丁烷的转化率为25.6%，异丁烯的选择性为95%，则异丁烯的产率=25.6%×95%=0.243，
故答案为：0.243；
②该反应是吸热反应，升高温度，反应速率加快，平衡正向移动，
故答案为：升高温度，平衡正向移动；升高温度，反应速率加快；
③高于590℃后，异丁烷高温下裂解生成短碳链烃类化合物，有副产物生成，导致异丁烯产率降低，
故答案为：异丁烷高温下裂解生成短碳链烃类化合物，有副产物生成，异丁烯产率降低。