Question

【題目】化工原料異丁烯（C4H8）可由異丁烷（C4H10）直接催化脫氫制備：C4H10(g) C4H8(g) + H2(g)ΔH＝+139 kJ/mol

（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為_________________。

（2）一定條件下，以異丁烷為原料生產(chǎn)異丁烯。溫度、壓強(qiáng)改變對異丁烷平衡轉(zhuǎn)化率的

影響如下圖所示。

①判斷p1、p2的大小關(guān)系：p1_________________（填“>”或“<”）p2，理由是_________________。

②若異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡混合氣中異丁烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最多為______%（保留小數(shù)點(diǎn)后1位）。

（3）目前，異丁烷催化脫氫制備異丁烯的研究熱點(diǎn)是催化活性組分以及載體的選擇。下表是以V-Fe-K-O為催化活性物質(zhì)，反應(yīng)時(shí)間相同時(shí)，測得的不同溫度、不同載體條件下的數(shù)據(jù)。

溫度/℃		570	580	590	600	610
以γ-Al2O3為載體	異丁烷轉(zhuǎn)化率/%	36.41	36.49	38.42	39.23	42.48
	異丁烯收率/%	26.17	27.11	27.51	26.56	26.22
以TiO2為載體	異丁烷轉(zhuǎn)化率/%	30.23	30.87	32.23	33.63	33.92
	異丁烯收率/%	25.88	27.39	28.23	28.81	29.30

說明：收率=（生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的原料量/原料的進(jìn)料量）×100%

①由上表數(shù)據(jù)，可以得到的結(jié)論是____________（填字母序號）。

a.載體會影響催化劑的活性

b. 載體會影響催化劑的選擇性

c.載體會影響化學(xué)平衡常數(shù)

②分析以γ-Al2O3為載體時(shí)異丁烯收率隨溫度變化的可能原因：___________。

Answer 1

【答案】 < 該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動；圖象表明，溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)由p1變?yōu)?/span>p2，異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，可知p1<p2 28.6 ab 溫度升高時(shí)異丁烯的收率增加的可能原因：催化劑活性增加，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動（或其他合理原因）；溫度繼續(xù)升高，異丁烯的收率下降的可能原因：催化劑的選擇性下降，發(fā)生副反應(yīng)的異丁烷的比例增加（或其他合理原因）

【解析】

（1）化學(xué)平衡常數(shù)=，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=，

答案為：；

（2）①根據(jù)反應(yīng)C4H10(g) C4H8(g) + H2(g)，該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動；圖象表明，溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)由p1變?yōu)?/span>p2，異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，可知p1<p2，

答案為：<；該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動；圖象表明，溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)由p1變?yōu)?/span>p2，異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，可知p1<p2；

②設(shè)異丁烷初始物質(zhì)的量為a，平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則根據(jù)反應(yīng)利用三段式：

C4H10(g) C4H8(g)+H2(g)

初始（mol） a 0 0

變化（mol） 40% a 40% a 40% a

平衡（mol） (1-40%) a 40% a 40% a

則平衡混合氣中異丁烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最多為×100%=28.6%，

答案為：28.6；

（3）①a. 由上表數(shù)據(jù)，相同溫度下，同一催化劑選擇不同的載體異丁烷轉(zhuǎn)化率和異丁烯收率不同，即催化效果不同，說明不同載體會影響催化劑的活性，故a正確；

b. 以γ-Al2O3為載體時(shí)，隨著溫度的升高異丁烷轉(zhuǎn)化率不斷升高，而異丁烯收率基本不變；以TiO2為載體時(shí)，異丁烷轉(zhuǎn)化率和異丁烯收率都隨著溫度的升高而增大，說明不同的載體會影響催化劑的選擇性，故b正確；

c.化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與催化劑或催化劑載體無關(guān)，故c錯(cuò)誤；

答案選ab；

②以γ-Al2O3為載體時(shí)溫度升高時(shí)，異丁烯的收率增加的可能原因：催化劑活性增加，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動；溫度繼續(xù)升高，異丁烯的收率下降的可能原因：催化劑的選擇性下降，發(fā)生副反應(yīng)的異丁烷的比例增加，

答案為：溫度升高時(shí)異丁烯的收率增加的可能原因：催化劑活性增加，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動（或其他合理原因）；溫度繼續(xù)升高，異丁烯的收率下降的可能原因：催化劑的選擇性下降，發(fā)生副反應(yīng)的異丁烷的比例增加（或其他合理原因）。