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化工
题目

某裂解装置以乙烷为原料生产乙烯,每小时有4500千克乙烷参加裂解反应,乙烷的转化率为90%,乙烯回收率为40%。问该裂解炉每小时能得到多少乙烯? ____ 。

某裂解装置以乙烷为原料生产乙烯,每小时有4500千克乙烷参加裂解反应,乙烷的转化率为90%,乙烯回收率为40%。问该裂解炉每小时能得到多少乙烯? ____ 。

题目解答

答案

解:每小时有4500千克乙烷参加裂解反应,乙烷分子量为30,则乙烷的物质的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{4500×1{0}^{3}g}{30g•mo{l}^{-1}}$=1.5×105mol,由反应式C2H6$→_{△}^{催化剂}$H2+C2H4可知,转化为乙烯的是1.5×105mol×90%=1.35×105mol,乙烯回收率为40%,则裂解炉得到的乙烯是×40%=5.4×104mol,则裂解炉每小时能得到乙烯的质量为28g•mol-1×5.4×104mol=1.512×106g=1512kg,
故答案为:1512kg。

解析

考查要点:本题主要考查化学反应中物质的量的计算,涉及转化率、回收率的应用,以及质量与物质的量之间的转换。

解题核心思路:

  1. 确定乙烷的物质的量:利用质量除以摩尔质量计算。
  2. 计算有效转化量:根据乙烷的转化率,确定转化为乙烯的物质的量。
  3. 考虑回收率:将生成的乙烯物质的量乘以回收率,得到实际回收量。
  4. 转换为质量:通过乙烯的摩尔质量计算最终质量。

破题关键点:

  • 转化率与回收率的串联应用:转化率对应乙烷转化为乙烯的比例,回收率对应乙烯的实际收集比例,需分步计算。
  • 化学反应的定量关系:乙烷分解反应中,1 mol 乙烷生成 1 mol 乙烯,无需额外系数调整。

步骤1:计算乙烷的物质的量

乙烷质量 $m = 4500 \, \text{kg} = 4.5 \times 10^6 \, \text{g}$,摩尔质量 $M = 30 \, \text{g/mol}$,则物质的量:
$n_{\text{乙烷}} = \frac{m}{M} = \frac{4.5 \times 10^6}{30} = 1.5 \times 10^5 \, \text{mol}.$

步骤2:计算转化为乙烯的物质的量

乙烷转化率为 $90\%$,因此转化为乙烯的物质的量:
$n_{\text{乙烯生成}} = 1.5 \times 10^5 \times 90\% = 1.35 \times 10^5 \, \text{mol}.$

步骤3:考虑乙烯回收率

乙烯回收率为 $40\%$,实际回收的乙烯物质的量:
$n_{\text{乙烯实际}} = 1.35 \times 10^5 \times 40\% = 5.4 \times 10^4 \, \text{mol}.$

步骤4:计算乙烯的质量

乙烯摩尔质量 $M = 28 \, \text{g/mol}$,总质量:
$m_{\text{乙烯}} = 5.4 \times 10^4 \times 28 = 1.512 \times 10^6 \, \text{g} = 1512 \, \text{kg}.$

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