Question

工業(yè)上目前使用兩種方法制取乙醛，即乙炔水化法和乙烯氧化法。下列兩表提供了生產(chǎn)過(guò)程中所用原料、反應(yīng)條件、原料平衡轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量等有關(guān)的信息情況。

表一  原料、反應(yīng)條件、平衡轉(zhuǎn)化率、日產(chǎn)量 

物質(zhì) 項(xiàng)目	乙炔水化法	乙烯氧化法
原料	乙炔、水	乙烯、空氣
反應(yīng)條件	HgSO4、100—125 ℃	PdCl2—CuCl2、100—125 ℃
平衡轉(zhuǎn)化率	乙炔平衡轉(zhuǎn)化率90%左右	乙烯平衡轉(zhuǎn)化率80%左右
日產(chǎn)量	2.5 t(某設(shè)備條件下)	3.6 t(相同設(shè)備條件下)

表二  原料來(lái)源生產(chǎn)工藝

反應(yīng)過(guò)程 原料	原料生產(chǎn)工藝過(guò)程
乙炔	CaCO3CaOC2H2
乙烯	來(lái)源于石油裂解氣

根據(jù)上述兩表，完成下列問(wèn)題：

(1)寫出下列化學(xué)方程式。

a.乙炔水化法制乙醛：__________________。

b.乙烯氧化法制乙醛：__________________。

(2)從兩表中分析，現(xiàn)代工業(yè)上乙烯氧化法逐步取代乙炔水化法，可能的原因(從環(huán)境、原料來(lái)源、產(chǎn)率和產(chǎn)量、能耗等角度)：_____________________________________________。

(3)從化學(xué)反應(yīng)速率角度分析，在相同條件下，兩種制取乙醛的方法哪種快？

(4)若將上述兩種方法的反應(yīng)條件，均增加“100 atm”，原料平衡轉(zhuǎn)化率_______ (填“增大”“減小”或“不變”)。而實(shí)際生產(chǎn)中不采用，理由是____________________________。

(5)若乙烯由石油裂化氣(裂化氣混合氣體的平均分子式C_nH_m，m＞2n)，進(jìn)一步完全催化裂解而來(lái)，得到體積分?jǐn)?shù)分別為：甲烷，5%；乙烯，40%；丙烯，10%。其余為丁二烯和氫氣(氣體體積均在同溫同壓下測(cè)定)。若得到40 mol乙烯，求能夠得到丁二烯和氫氣各多少摩爾(用m、n代數(shù)式表示)。

Answer 1

解析：本題綜合性較強(qiáng)，考查范圍大，既涉及有機(jī)反應(yīng)的基本類型，又聯(lián)系實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中原料的來(lái)源、產(chǎn)率及對(duì)環(huán)境的污染、能源的利用問(wèn)題，還考查了學(xué)生的閱讀能力。

 

(2)從表一內(nèi)容分析：兩者反應(yīng)條件溫度相當(dāng)，但乙炔水化法制取乙醛使用HgSO₄作催化劑，汞鹽有毒，易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染；乙烯氧化法制乙醛的轉(zhuǎn)化率略小于乙炔水化法，但反應(yīng)快且產(chǎn)量較高。

    從表二內(nèi)容分析：乙炔的制取要經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)，且消耗大量的電能、熱能，較難獲得；乙烯來(lái)源于石油裂解氣，較易獲得

(3)乙烯氧化法快。

(4)增大  因?yàn)閮煞N方法在相應(yīng)的條件下，轉(zhuǎn)化率都已經(jīng)很高，若再增大壓強(qiáng)，則消耗更多的能量且提高了設(shè)備要求，不經(jīng)濟(jì)

(5)若得到40 mol 乙烯，則生成5 mol CH₄，10 mol C₃H₆，

    設(shè)生成丁二烯(C₄H₆)的物質(zhì)的量為x，H₂的物質(zhì)的量為y,且需要催化裂解C_nH_m的物質(zhì)的量為a。

    根據(jù)C、H原子守恒則有：

   

    由題意：x+y=100-55

    得x=-28.75

    y=73.75-

    丁二烯：，

    氫氣：[73.75-]mol。