Question

【题目】化工原料异丁烯（C4H8）可由异丁烷（C4H10）直接催化脱氢制备：C4H10(g) C4H8(g) + H2(g)ΔH＝+139 kJ/mol

（1）该反应的化学平衡常数的表达式为_________________。

（2）一定条件下，以异丁烷为原料生产异丁烯。温度、压强改变对异丁烷平衡转化率的

影响如下图所示。

①判断p1、p2的大小关系：p1_________________（填“>”或“<”）p2，理由是_________________。

②若异丁烷的平衡转化率为40%，则平衡混合气中异丁烯的物质的量分数最多为______%（保留小数点后1位）。

（3）目前，异丁烷催化脱氢制备异丁烯的研究热点是催化活性组分以及载体的选择。下表是以V-Fe-K-O为催化活性物质，反应时间相同时，测得的不同温度、不同载体条件下的数据。

温度/℃		570	580	590	600	610
以γ-Al2O3为载体	异丁烷转化率/%	36.41	36.49	38.42	39.23	42.48
	异丁烯收率/%	26.17	27.11	27.51	26.56	26.22
以TiO2为载体	异丁烷转化率/%	30.23	30.87	32.23	33.63	33.92
	异丁烯收率/%	25.88	27.39	28.23	28.81	29.30

说明：收率=（生产目标产物的原料量/原料的进料量）×100%

①由上表数据，可以得到的结论是____________（填字母序号）。

a.载体会影响催化剂的活性

b. 载体会影响催化剂的选择性

c.载体会影响化学平衡常数

②分析以γ-Al2O3为载体时异丁烯收率随温度变化的可能原因：___________。

Answer 1

【答案】 < 该反应是气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动；图象表明，温度一定时，压强由p1变为p2，异丁烷的平衡转化率减小，平衡逆向移动，可知p1<p2 28.6 ab 温度升高时异丁烯的收率增加的可能原因：催化剂活性增加，反应速率加快，平衡正向移动（或其他合理原因）；温度继续升高，异丁烯的收率下降的可能原因：催化剂的选择性下降，发生副反应的异丁烷的比例增加（或其他合理原因）

【解析】

（1）化学平衡常数=，则该反应的化学平衡常数的表达式K=，

答案为：；

（2）①根据反应C4H10(g) C4H8(g) + H2(g)，该反应是气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动；图象表明，温度一定时，压强由p1变为p2，异丁烷的平衡转化率减小，平衡逆向移动，可知p1<p2，

答案为：<；该反应是气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动；图象表明，温度一定时，压强由p1变为p2，异丁烷的平衡转化率减小，平衡逆向移动，可知p1<p2；

②设异丁烷初始物质的量为a，平衡转化率为40%，则根据反应利用三段式：

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

初始（mol） a 0 0

变化（mol） 40% a 40% a 40% a

平衡（mol） (1-40%) a 40% a 40% a

则平衡混合气中异丁烯的物质的量分数最多为×100%=28.6%，

答案为：28.6；

（3）①a. 由上表数据，相同温度下，同一催化剂选择不同的载体异丁烷转化率和异丁烯收率不同，即催化效果不同，说明不同载体会影响催化剂的活性，故a正确；

b. 以γ-Al2O3为载体时，随着温度的升高异丁烷转化率不断升高，而异丁烯收率基本不变；以TiO2为载体时，异丁烷转化率和异丁烯收率都随着温度的升高而增大，说明不同的载体会影响催化剂的选择性，故b正确；

c.化学平衡常数只与温度有关，与催化剂或催化剂载体无关，故c错误；

答案选ab；

②以γ-Al2O3为载体时温度升高时，异丁烯的收率增加的可能原因：催化剂活性增加，反应速率加快，平衡正向移动；温度继续升高，异丁烯的收率下降的可能原因：催化剂的选择性下降，发生副反应的异丁烷的比例增加，

答案为：温度升高时异丁烯的收率增加的可能原因：催化剂活性增加，反应速率加快，平衡正向移动（或其他合理原因）；温度继续升高，异丁烯的收率下降的可能原因：催化剂的选择性下降，发生副反应的异丁烷的比例增加（或其他合理原因）。