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）該反應的化學平衡常數的表達式為_________________。

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

影響如下圖所示。

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

②若異丁烷的平衡轉化率為40%，則平衡混合氣中異丁烯的物質的量分數最多為______%（保留小數點后1位）。

（3）目前，異丁烷催化脫氫制備異丁烯的研究熱點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，反應時間相同時，測得的不同溫度、不同載體條件下的數據。

溫度/℃		570	580	590	600	610
以γ-Al2O3為載體	異丁烷轉化率/%	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=（生產目標產物的原料量/原料的進料量）×100%

①由上表數據，可以得到的結論是____________（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.載體會影響化學平衡常數

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

Answer 1

【答案】 < 該反應是氣體物質的量增大的反應，增大壓強平衡逆向移動；圖象表明，溫度一定時，壓強由p1變為p2，異丁烷的平衡轉化率減小，平衡逆向移動，可知p1<p2 28.6 ab 溫度升高時異丁烯的收率增加的可能原因：催化劑活性增加，反應速率加快，平衡正向移動（或其他合理原因）；溫度繼續升高，異丁烯的收率下降的可能原因：催化劑的選擇性下降，發生副反應的異丁烷的比例增加（或其他合理原因）

【解析】

（1）化學平衡常數=，則該反應的化學平衡常數的表達式K=，

答案為：；

（2）①根據反應C4H10(g) C4H8(g) + H2(g)，該反應是氣體物質的量增大的反應，增大壓強平衡逆向移動；圖象表明，溫度一定時，壓強由p1變為p2，異丁烷的平衡轉化率減小，平衡逆向移動，可知p1<p2，

答案為：<；該反應是氣體物質的量增大的反應，增大壓強平衡逆向移動；圖象表明，溫度一定時，壓強由p1變為p2，異丁烷的平衡轉化率減小，平衡逆向移動，可知p1<p2；

②設異丁烷初始物質的量為a，平衡轉化率為40%，則根據反應利用三段式：

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的量分數最多為×100%=28.6%，

答案為：28.6；

（3）①a. 由上表數據，相同溫度下，同一催化劑選擇不同的載體異丁烷轉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，隨著溫度的升高異丁烷轉化率不斷升高，而異丁烯收率基本不變；以TiO2為載體時，異丁烷轉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.化學平衡常數只與溫度有關，與催化劑或催化劑載體無關，故c錯誤；

答案選ab；

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

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