Question

异丁烯是一种重要的化工原料，可由异丁烷直接催化脱氢制备：

(1)已知：

写出由异丁烷催化脱氢制备异丁烯的热化学方程式。_________。

(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、的大小关系：_____________(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(总)。求图中的A点状态下的异丁烷脱氢反应的平衡常数_____________(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。下表是以为催化剂，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；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_____________×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_____________。

Answer

C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g) △H=+123kJ•mol-1 > a 0.18 0.243 升高温度，平衡正向移动 升高温度，反应速率加快 异丁烷高温下裂解生成短碳链烃类化合物，有副产物生成，产率降低。

【解析】

根据题中给出的热化学方程式，由盖斯定律可求得；根据题中图示关系，可判断T1和T2关系及采取的措施；根据化学平衡方程式和A点的转化率，由三段式求出Kp值；根据异丁烷的转化率和异丁烯的选择性，可求出异丁烯的产率；由化学平衡方程式结合所给的图和题目提供的信息判断590℃前产率升高的原因和590℃以后产率下降的原因，据此解答。

（1）由①C4H10(g)+O2(g)=C4H8(g)+H2O(g)△H1=-119 kJ•mol-1和②H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H2=-242kJ·mol-1，根据盖斯定律可知，①-②得到C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)，则△H=（-119kJ•mol-1）-（-242kJ•mol-1）=+123kJ•mol-1；答案为：C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)△H=+123kJ•mol-1。

（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，作一虚直线交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-1，△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；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(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)=×0.1MPa= MPa，p(C4H8)=×0.1MPa= MPa，同理，p(H2)= MPa，平衡常数Kp= = =0.18；答案为0.18。

（3）①根据异丁烷的转化率=×100%和异丁烯的选择性=，由C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g) +123△H=+123kJ•mol-1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= ×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；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；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；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。