Question

（10分）工業上目前使用兩種方法制取乙醛：（1）乙炔水化法；（2）乙烯氧化法。下列兩表提供生產過程中原料、反應條件、原料平衡轉化率、產量等有關的信息情況：
表一：原料、反應條件、平衡轉化率、日產量

	乙炔水化法	乙烯氧化法
原料	乙炔、水	乙烯、空氣
反應條件	HgSO4、100~125℃	PdCl2-CuCl2、100~125℃
平衡轉化率	乙炔平衡轉化率90%左右	乙烯平衡轉化率80%左右
日產量	2.5噸（某設備條件下）	3.6噸（相同設備條件下）

表二：原料來源生產工藝

	原料生產工藝過程
乙炔
乙烯	來源于石油裂解氣

根據上述兩表，回答下列問題：
（1）寫出下列化學方程式：
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，現代工業上乙烯氧化法逐步取代乙炔水化法（從環境、原料來源、產率和產量、能耗等角度），分析可能的原因：________________________________。
（3）從化學反應速率角度分析，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條件，均增加“100atm”，原料平衡轉化率_______（填增大、減小、不變）；而實際生產中不采用的理由是_____________________________。
（5）若乙烯由石油裂化（裂化氣混合氣體的平均化學式C_nH_m、m>2n），進一步完全催化裂解而來，得到體積百分含量分別為：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定）。若得到40mol乙烯，求：能夠得到丁二烯和氫氣的物質的量各為多少？

Answer 1

（1）CH≡CH+H₂OCH₃CHO    2CH₂=CH₂+O₂2CH₃CHO
（2）從表一來看，兩者反應條件溫度相當，但乙炔水化法制乙醛使用的是汞鹽催化劑，毒性大；雖然乙烯氧化法的轉化率略小于乙炔水化法，但反應快、日產量比其高得多。
從表二來看，乙炔的制取要經過多步反應制得，且消耗大量的熱能、電能，較難獲得；乙烯來源于石油裂解氣，消耗的總能量比乙炔少，且較容易獲得。
（3）乙烯氧化法快；
（4）增大；因為兩種方法在相應反應條件下，轉化率都已經很高，增大壓強將消耗能量和增加高備，不經濟。
（5）要得到40molC₂H₄，則會生成5molCH₄、10molC₃H₆。若設生成x mol丁二烯（C₄H₆）和y molH₂，且需要催化裂解a mol的C_nH_m。
則：根據碳原子守恒：an=5+30+80+4x
根據氫原子守恒：am=20+60+160+6x+2y
根據題意：x+y=100-55
解以上聯立方程求得：

（1）乙炔中含有碳碳三鍵，能和水發生加成反應，生成乙醛；乙烯中含有碳碳雙鍵，能發生氧化反應生成乙醛。
（2）從表一來看，兩者反應條件溫度相當，但乙炔水化法制乙醛使用的是汞鹽催化劑，毒性大；雖然乙烯氧化法的轉化率略小于乙炔水化法，但反應快、日產量比其高得多。
從表二來看，乙炔的制取要經過多步反應制得，且消耗大量的熱能、電能，較難獲得；乙烯來源于石油裂解氣，消耗的總能量比乙炔少，且較容易獲得。
（3）根據表中數據可知，乙烯氧化的反應速率要快。
（4）根據方程式可知，反應都是體積減小的，所以增大壓強，平衡向正反應方向移動，轉化率增大。但由于兩種方法在相應反應條件下，轉化率都已經很高，增大壓強將消耗能量和增加設備，不經濟。
（5）要得到40molC₂H₄，則會生成5molCH₄、10molC₃H₆。若設生成x mol丁二烯（C₄H₆）和y molH₂，且需要催化裂解a mol的C_nH_m。
則：根據碳原子守恒：an=5+30+80+4x
根據氫原子守恒：am=20+60+160+6x+2y
根據題意：x+y=100-55
解以上聯立方程求得：