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異丁烷(i-C4H10)在催化劑的作用下重排為正丁烷(n-C4H10)的過程被稱為異丁烷的反向異構化,該過程除了反向異構化主反應外,還伴隨有裂解、生焦等副反應,涉及的部分反應的標準摩爾反應焓變(ΔrHTθ)如下表:
Reaction equation  ΔrHTθ(kJ/mol)
T=280℃ T=300℃ T=320℃
 i-C4H10+H2→CH4+C3H8 反應1 -48.48 -48.48 -49.20
i-C4H10+H2→2C2H6 反應2 -40.51 -40.94 -41.36
 i-C4H10→n-C4H10 反應3 8.27 8.21 8.15
 2i-C4H10→C3H8+i-C5H12 反應4 11.23 11.12 11.04

 2i-C4H10→C3H8+i-C5H12
反應5 18.06 18.02 17.98
(1)主反應分三步發(fā)生,第一步是異丁烷脫氫生成異丁烯,ΔrHTθ=-122kJ/mol,第二步是異丁烯異構化為反-2-丁烯,ΔrHTθ=+3.2kJ/mol,則300℃時,第三步的熱化學方程式為
菁優(yōu)網(wǎng)(g)+H2(g)→n-C4H10(g)的ΔrHTθ=+127.01kJ/mol
菁優(yōu)網(wǎng)(g)+H2(g)→n-C4H10(g)的ΔrHTθ=+127.01kJ/mol
(假設前兩步反應的ΔrHTθ不隨溫度發(fā)生變化)。
(2)設
K
r
p
為相對壓力平衡常數(shù),其表達式寫法:在濃度平衡常數(shù)表達式中,用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0=100kPa)。反應1、3、5的
ln
K
r
p
1
T
(溫度的倒數(shù))的變化如圖所示:
菁優(yōu)網(wǎng)
①主反應的相對壓力平衡常數(shù)表達式為
K
r
p
=
p
n
-
C
4
H
10
p
0
p
i
-
C
4
H
10
p
0
(或
p
n
-
C
4
H
10
p
i
-
C
4
H
10
p
n
-
C
4
H
10
p
0
p
i
-
C
4
H
10
p
0
(或
p
n
-
C
4
H
10
p
i
-
C
4
H
10
。
②在圖中A點對應溫度下、原料組成為n(i-C4H10):n(H2)=1:9、初始總壓為2MPa的恒容密閉容器中進行反應,體系達到平衡時異丁烷的分壓為60kPa,則產(chǎn)物正丁烷的選擇性為
42.86
42.86
%(保留小數(shù)點后兩位,正丁烷的選擇性=
正丁烷的產(chǎn)量
異丁烷的轉(zhuǎn)化量
×100%)。
(3)工業(yè)上研究多種條件對反應體系熱力學平衡的影響
①為了抑制裂解副反應的發(fā)生以及促進2-丁烯加氫,反應體系需要加入一定量的H2,并控制合適的氫/油摩爾比(投料時H2和異丁烷的物質(zhì)的量之比),下列說法正確的是
ACD
ACD
。
A.氫/油摩爾比較低時,有利于異丁烷脫氫生成烯烴,促進反向異構化反應的發(fā)生
B.氫/油摩爾比較低時,裂解、生焦等副反應會減少
C.氫/油摩爾比較高時,會抑制了異丁烷脫氫,阻礙了進一步的反向異構化反應
D.氫/油摩爾比較高時,會降低了異丁烷在反應體系中的烴分壓,從而導致反向異構化的反應速率下降
②保持其他條件不變,考察反應溫度對異丁烷反向異構化的影響,如圖所示:
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反應溫度(T)對異丁烷轉(zhuǎn)化率(x)、正丁烷收率(y1)、正丁烷選擇性(s1)、C1~C3收率(y2)和C1~C3選擇性(s2)的影響
由圖分析,異丁烷反向異構化的最有利溫度應為
320℃
320℃
。
③保持其他條件不變,考察液時體積空速(即原料通過催化劑表面的速率)對異丁烷反向異構化的影響,如圖所示:
菁優(yōu)網(wǎng)
液時體積空速(LHSV)對異丁烷轉(zhuǎn)化率(x)、正丁烷收率(y1)、正丁烷選擇性(s1)、C1~C3收率(y2)和C1~C3選擇性(s2)的影響
請分析液時體積空速過高對正丁烷收率造成不利影響的原因是
反應物與催化劑接觸時間過短,導致來不及發(fā)生反應
反應物與催化劑接觸時間過短,導致來不及發(fā)生反應
。
(4)研究結果表明,正丁烷蒸汽裂解時乙烯、丙烯收率為32.14%、21.69%,而異丁烷蒸汽裂解時乙烯、丙烯收率為7.46%、24.59%,由此分析,工業(yè)上將異丁烷反向異構化的實際意義在于
提高乙烯的產(chǎn)量
提高乙烯的產(chǎn)量
。
【答案】菁優(yōu)網(wǎng)(g)+H2(g)→n-C4H10(g)的ΔrHTθ=+127.01kJ/mol;
p
n
-
C
4
H
10
p
0
p
i
-
C
4
H
10
p
0
(或
p
n
-
C
4
H
10
p
i
-
C
4
H
10
);42.86;ACD;320℃;反應物與催化劑接觸時間過短,導致來不及發(fā)生反應;提高乙烯的產(chǎn)量
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復制發(fā)布。
發(fā)布:2024/9/5 1:0:8組卷:28引用:1難度:0.4
相似題
  • 1.隨著人們的物質(zhì)生活水平的不斷提高和工業(yè)化快速發(fā)展,環(huán)境污染也日益加重,空氣中有毒氣體主要包括SO2、CO、NOx、烴類等等。
    (1)在一定條件下,CH4可與NOx反應除去NOx,已知有下列熱化學方程式:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3 kJ/mol
    ②N2(g)+2O2(g)?2NO2(g)ΔH=+67.0 kJ/mol
    ③H2O(g)=H2O(l)ΔH=-41.0 kJ/mol
    則CH4(g)+2NO2(g)?CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)ΔH=
     
    kJ/mol
    (2)在2L的密閉容器中按物質(zhì)的量之比1:2充入CO和H2,發(fā)生反應CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH。測得CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度及不同壓強的變化如圖所示,P2和195℃時n(H2)隨時間的變化結果如表所示。n(H2)在P2及195℃時隨時間變化如表所示。
    菁優(yōu)網(wǎng)
    t/min 0 1 3 5
    n(H2)/mol 8 5 4 4
    ①該反應的ΔH
     
    0(填“>”、“<”或“=”),原因是
     
    。
    ②在P2及195℃時,在0~2min,平均反應速率v(CH3OH)=
     
    。
    ③能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是
     
    。
    a.容器內(nèi)混合氣體壓強保持不再變化
    b.CO和H2的轉(zhuǎn)化率之比不再變化
    c.容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化
    d.容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
    ④P2及195℃下,在B點時,v(正)
     
    v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
    ⑤下列說法不正確的是
     
    。
    a.將容器體積變?yōu)?L,再次達平衡時,CO的物質(zhì)的量濃度為原平衡的2倍
    b.該反應在任何條件下都能自發(fā)進行
    c.充分反應后,容器內(nèi)只存在CH3OH分子
    d.升高溫度,
    n
    C
    H
    3
    OH
    n
    CO
    減小
    ⑥在P2及195℃時,該反應的平衡常數(shù)Kp=
     
    (用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù),結果用含P2的分式表示)。
    發(fā)布:2024/9/20 9:0:9組卷:4引用:1難度:0.4
  • 2.我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰,2060年前實現(xiàn)碳中和。CO2的綜合利用是實現(xiàn)碳中和的措施之一。
    Ⅰ.CO2和H2在金屬催化劑表面可以合成CH4,普遍反應路徑有三種,其中一種反應路徑經(jīng)歷HCOO*中間體。某小組研究了金屬鈷的不同晶面【FCC(111)、HCP(10-10)、HCP(10-11)】對HCOO*這種反應路徑的催化效果,相關基元反應能量變化如下表(*指微粒吸附在催化劑表面):
    基元反應步驟 FCC(111) HCP(10-10) HCP(10-11)
    活化能(eV) 反應熱(eV) 活化能(eV) 反應熱(eV) 活化能(eV) 反應熱(eV)
    CO2*+H*→HCOO* 0.46 -0.52 0.66 -0.12 0.20 -0.69
    HCOO*+H*→HCOOH* 1.27 0.73 0.23 -0.16 1.36 0.78
    HCOOH*→CHO*+OH* 0.76 -0.11 0.44 -0.18 0.96 -0.47
    CHO*+H*→CH2O* 0.53 0.15 0.42 0.14 0.54 0.15
    CH2O*+H*→CH2OH* 0.90 0.27 0.80 0.08 1.37 0.69
    CH2OH*→CH2*+OH* 0.70 -0.63 0.33 -0.47 0.60 -1.02
    (1)寫出在FCC(111)晶面反應的控速步基元反應:
     
    。
    (2)僅比較表格數(shù)據(jù)可知,CO2和H2在該條件下合成CH4,
     
    晶面的催化效果最好。
    Ⅱ.CO2和H2一定條件下也可以合成甲醇,該過程存在副反應Ⅱ。
    反應Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)   ΔH1=-49.3kJ/mol
    反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)   ΔH2
    (3)上述反應中相關物質(zhì)能量如圖1所示。計算ΔH2=
     
    kJ/mol。
    (4)向VL密閉容器中通入3molH2、1molCO2,在催化劑作用下發(fā)生反應。相同時間內(nèi)溫度對CO2轉(zhuǎn)化率及CH3OH和CO產(chǎn)率的影響如圖2所示。CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因可能是
     
    。表示CH3OH產(chǎn)率隨溫度變化的曲線是
     
    (填“a”或“b”)。
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    (5)假設體系中只發(fā)生反應Ⅰ和反應Ⅱ,在某溫度下反應tmin達到平衡狀態(tài)。此時CO2的轉(zhuǎn)化率為30%,CO2對CH3OH的選擇性為40%(CH3OH選擇性=
    C
    H
    3
    OH
    產(chǎn)率
    C
    O
    2
    轉(zhuǎn)化率
    ),則0~tmin內(nèi)H2的反應速率為
     
    mol/(L?min),反應Ⅱ的平衡常數(shù)為
     
    (結果保留2位有效數(shù)字)。
    Ⅲ.2021年我國科學家首先實現(xiàn)了從CO2到淀粉的全人工合成。其中的一個步驟是利用新型電化學催化裝置(如圖所示)將CO2轉(zhuǎn)化為CH3COOH。
    菁優(yōu)網(wǎng)
    (6)寫出該過程中陰極的電極反應式:
     
    。
    發(fā)布:2024/9/20 8:0:8組卷:7引用:2難度:0.5
  • 3.自熱化學鏈重整制氫CLR(a)工藝的原理如圖所示:
    菁優(yōu)網(wǎng)
    回答下列問題:
    (1)25℃、101kPa時,5.9gNi與足量O2反應生成NiO放出47.2kJ的熱量,則在“空氣反應器”中發(fā)生反應的熱化學方程式為
     
    。
    (2)“燃料反應器”中發(fā)生的部分反應有:
    (Ⅰ)CO(g)+NiO(s)=CO2(g)+Ni(s)ΔH1=-47.0kJ/mol 平衡常數(shù)K1
    (Ⅱ)CH4(g)+4NiO(s)=CO2(g)+2H2O(g)+4Ni(s)ΔH2=+137.7kJ/mol 平衡常數(shù)K2
    (Ⅲ)CH4(g)+3CO2(g)=4CO(g)+2H2O(g)ΔH3=akJ/mol 平衡常數(shù)K3
    ①CO2的電子式:
     
    。
    ②K1、K2、K3之間的關系是:
     
    。
    ③在
     
    (填“高溫”或“低溫”)情況下有利于反應Ⅲ的自發(fā)進行。
    (3)“水汽轉(zhuǎn)換反應器”中發(fā)生的反應為CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g),將天然氣看作是純凈的CH4(假定向水汽轉(zhuǎn)換反應器中補充的水的物質(zhì)的量等于甲烷的物質(zhì)的量),若在t℃時進行轉(zhuǎn)換,水汽轉(zhuǎn)換反應器中達平衡時CO、H2O、H2、CO2濃度之比為1:x:3:1,則該反應的平衡常數(shù)K=
     

    (4)甲烷制氫傳統(tǒng)工藝有水蒸氣重整部分氧化重整以及聯(lián)合重整等,CLR(a)工藝重整是一種聯(lián)合重整,涉及反應的熱化學方程式如下:
    水蒸氣重整反應:CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)ΔH=+192kJ/mol
    部分氧化重整反應:CH4(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2(g)ΔH=-768kJ/mol
    ①采用水蒸氣重整的優(yōu)點是:
     
    ;
    ②上述兩個反應的缺點之一是在制取氫氣的同時產(chǎn)生大量溫室氣體CO2,若用NaOH溶液來吸收CO2,寫出反應的離子方程式:
     
    ;
    ③若上述兩個反應在保持自熱條件下(假設無熱量損失),理論上2molCH4至多可獲得H2的物質(zhì)的量為
     
    (結果保留1位小數(shù))。
    發(fā)布:2024/9/20 9:0:9組卷:0引用:2難度:0.5
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