【題目】乙烯是一種重要的化工原料,可由乙烷為原料制取,回答下列問題。
(1)傳統(tǒng)的熱裂解法和現(xiàn)代的氧化裂解法的熱化學方程式如下:
①C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) ΔH1=+136kJ·mol-1
②C2H6(g)+O2(g)=C2H4(g)+H2O(g) ΔH2=-110kJ·mol-1
已知反應相關的部分化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:
化學鍵 | H-H(g) | H-O(g) | O=O |
鍵能(kJ·mol-1) | 436 | x | 496 |
由此計算x=___,通過比較ΔH1和ΔH2,說明和熱裂解法相比,氧化裂解法的優(yōu)點是___(任寫一點)。
(2)乙烷的氧化裂解反應產(chǎn)物中除了C2H4外,還存在CH4、CO、CO2等副產(chǎn)物(副反應均為放熱反應),圖甲為溫度對乙烷氧化裂解反應性能的影響。乙烷的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而升高的原因是___,反應的最佳溫度為___(填序號)。
A.700℃ B.750℃ C.850℃ D.900℃
[乙烯選擇性=;乙烯收率=乙烷轉(zhuǎn)化率×乙烯選擇性]
(3)烴類氧化反應中,氧氣含量低會導致反應產(chǎn)生積炭堵塞反應管。圖乙為的值對乙烷氧化裂解反應性能的影響。判斷乙烷氧化裂解過程中的最佳值是___,判斷的理由是___。
(4)工業(yè)上,保持體系總壓恒定為100kPa的條件下進行該反應,通常在乙烷和氧氣的混合氣體中摻混惰性氣體(惰性氣體的體積分數(shù)為70%),摻混惰性氣體的目的是___。反應達平衡時,各組分的體積分數(shù)如下表:
組分 | C2H6 | O2 | C2H4 | H2O | 其他物質(zhì) |
體積分數(shù)/% | 2.4 | 1.0 | 12 | 15 | 69.6 |
計算該溫度下的平衡常數(shù):Kp=___(用平衡分壓代替平衡濃度,平衡分壓=總壓×體積分數(shù))。
【答案】465 氧化裂解反應是放熱反應,節(jié)約能源(或氧化裂解反應熱力學趨勢上大) 溫度升高,反應速率加快,轉(zhuǎn)化率升高 C 2.0 比值小于2.0時,乙烯的收率降低;比值大于2.0時,乙烯的收率并未增加且產(chǎn)生更多的積炭,堵塞反應管 正反應是氣體分子數(shù)增多的反應,恒壓充入惰性氣體相當于擴大容器體積,降低分壓,有利于平衡正向移動 75(kPa)0.5
【解析】
(1)根據(jù)蓋斯定律,得出H2(g)+O2(g)=H2O(g)的反應熱,再根據(jù)△H=反應物的總鍵能生成物的總鍵能,可求出x的值;
(2)溫度升高,化學反應速率加快,根據(jù)圖象,隨溫度升高,乙烷的轉(zhuǎn)換率越高;綜合乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性,圖中即可對應找出最佳的反應溫度;
(3)含氧量高,會造成積炭,要根據(jù)圖象找出乙烯收率高而相對積炭少的點,即圖中的比值為2時最佳;
(4)根據(jù)平衡常數(shù)與反應物、生成物的關系,并且將濃度關系轉(zhuǎn)變?yōu)榉謮宏P系來解答。
(1)根據(jù)蓋斯定律,②①得到:H2(g)+O2(g)═H2O(g) △H=246kJ/mol,根據(jù)鍵能關系△H=反應物的總鍵能生成物的總鍵能=436+496/22x=246,x=465;由熱化學方程式可以看出,熱裂解法是吸熱反應,需要消耗能源,氧裂解法是放熱反應,不需要從外界得到能量,故答案為:465;氧化裂解反應是放熱反應,節(jié)約能源(或氧化裂解反應熱力學趨勢上大);
(2)由圖可知,隨溫度的升高,乙烷的轉(zhuǎn)化率在升高,考慮化學反應速率的影響因素,溫度越高,反應速率越快;由圖,要乙烷的轉(zhuǎn)化率盡可能高,而副產(chǎn)物又相對較少,及乙烯的選擇性較高,應找到乙烯收率較高時的溫度,對應下溫度在850左右,故答案為:溫度升高,反應速率加快,轉(zhuǎn)化率升高;C;
(3)由(2)分析可知,我們要選擇乙烯收率較高的點,在圖2中,比值小于2時,乙烯收率隨比值增大在上升,比值大于2時,乙烯的收率并未增加,并且氧含量值在降低,會造成積炭,故答案為:2.0;比值小于2.0時,乙烯的收率降低;比值大于2.0時,乙烯的收率并未增加且產(chǎn)生更多的積炭,堵塞反應管;
(4)C2H6(g)+O2(g)=C2H4(g)+H2O(g)反應是體積在增大的反應,充入惰性氣體,總壓恒定,分壓就降低了,壓強降低會促使反應向體積增大的方向移動,即正向移動。根據(jù)平衡常數(shù)的表達式Kp==75(kPa)0.5,故答案為:75(kPa)0.5。
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【題目】利用CH4燃料電池電解制備Ca(H2PO4)2并得到副產(chǎn)物NaOH、H2、Cl2,裝置如圖所示。下列說法正確的是
A.a極反應:CH4+8e-+4O2-=CO2+2H2O
B.A膜和C膜均為陰離子交換膜
C.可用鐵電極替換陰極的石墨電極
D.a極上通入2.24 L甲烷,陽極室Ca2+減少0.4 mol
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【題目】X、Y、Z是位于不同周期的主族元素、原子序數(shù)依次增大且均小于18,Z為金屬元素,X、Y、Z的最外層電子數(shù)之和為8,X、Y、Z組成的物質(zhì)可發(fā)生反應:ZX2+2YX3Z(YX2)2+2X2。下列有關說法正確的是
A.1 mol ZX2發(fā)生上述反應轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4 mol
B.YX3與Y2X4中Y元素的化合價相同
C.上述反應中的離子化合物的所有元素原子的最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
D.Y元素在同周期和同主族元素的最高價含氧酸中酸性最強
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【題目】從銅氨廢液含[Cu(NH3)3·CO]+、[Cu(NH3)2]2+、[Cu(NH3)4]2+、NH3、CH3COO-、CO32-等中回收銅的工藝流程如圖:
(1)步驟(Ⅰ)“吹脫”的目的是___(寫一條即可);由步驟(Ⅱ)可確定NH3與H+的結(jié)合能力比與Cu2+的___(填“強”或“弱”)。
(2)步驟(Ⅲ)“沉銅”時,Na2S的用量比理論用量多,目的是___。
(3)步驟(Ⅳ)反應中,氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為___。
(4)步驟(Ⅵ)發(fā)生反應生成難溶Cu2(OH)3Cl的離子方程式為___,pH與銅的回收率關系如圖(a)所示,為盡可能提高銅的回收率,需控制的pH約為___。
(5)“吹脫”后的銅氨溶液中加入適量的添加劑可直接電解回收金屬銅,裝置如圖(b)所示,陰極主要發(fā)生的電極方程式為___;添加NaCl和H2SO4均可提高電導率和電流效率,從而提高銅的回收率,從環(huán)境角度考慮,較好的是___(填“NaCl”或“H2SO4”)。
(6)已知上述流程中只有步驟(Ⅲ)“沉銅”和步驟Ⅴ“制硫酸銅”中銅元素有損耗。步驟(Ⅲ)“沉銅”時銅元素的損耗率為4%;步驟Ⅴ“制硫酸銅”時銅元素損耗率為2%。若1L廢液最終制得CuSO45H2O375g,則1L廢液中含有銅元素的質(zhì)量為___g。(保留整數(shù))
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【題目】最近科學家獲得了一種穩(wěn)定性好、抗氧化能力強的活性化合物A;其結(jié)構(gòu)如下:
為了研究X的結(jié)構(gòu),將化合物A在一定條件下水解只得到和C。經(jīng)元素分析及相對分子質(zhì)量測定,確定C的分子式為C7H6O3,C遇FeCl3水溶液顯紫色,與NaHCO3溶液反應有CO2產(chǎn)生。
請回答下列問題:
(1)化合物B能發(fā)生下列哪些類型的反應________。
A.取代反應 B.加成反應
C.縮聚反應 D.氧化反應
(2)寫出化合物C所有可能的結(jié)構(gòu)簡式______________________________。
(3)C可通過下圖所示途徑合成,并制取冬青油和阿司匹林。
(ⅰ)寫出有機物的結(jié)構(gòu)簡式:D:______________,C:________________,E:______________。
(ⅱ)寫出變化過程中①、⑥的化學方程式(注明反應條件)
反應①__________________________________;反應⑥_____________________________。
(ⅲ)變化過程中的②屬于____________反應,⑦屬于________反應。
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【題目】1-丁醇和乙酸在濃硫酸作用下,通過酯化反應制得乙酸丁酯反應溫度為115~125℃,反應裝置如下圖。下列對該實驗的描述錯誤的是( )
A.不能用水浴加熱
B.長玻璃管起冷凝回流作用
C.提純乙酸丁酯需要經(jīng)過水、氫氧化鈉溶液洗滌
D.加入過量乙酸可以提高1-丁醇的轉(zhuǎn)化率
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【題目】雌黃(As2S3)在我國古代常用作書寫涂改修正液。濃硝酸氧化雌黃可制得硫磺,并生成砷酸和一種紅棕色氣體,利用此反應原理設計為原電池。下列敘述正確的是( )
A.砷酸的分子式為H2AsO4
B.紅棕色氣體在該原電池的負極區(qū)生成并逸出
C.該反應的氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比為10:1
D.該反應中每析出4.8g硫磺轉(zhuǎn)移1mol電子
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【題目】氮族元素在化學領域具有重要的地位。請回答下列問題:
(1)基態(tài)氮原子的價電子軌道表示式為__;第二周期的元素中,第一電離能介于B和N之間的元素有__種。
(2)雌黃的分子式為As2S3,其分子結(jié)構(gòu)為,As原子的雜化類型為__。
(3)1mol中所含σ鍵的物質(zhì)的量為____mol。已知NF3與NH3分子的空間構(gòu)型都是三角錐形,但NF3不易與Cu2+形成配離子,原因是__。
(4)紅鎳礦是一種重要的含鎳礦物,其主要成分的晶胞如圖所示,則每個Ni原子周圍與之緊鄰的As原子數(shù)為_____。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子分數(shù)坐標。磷化硼(BP)是一種超硬耐磨涂層材料,晶胞為正方體形,晶胞參數(shù)為apm。如圖為沿y軸投影的晶胞中所有硼原子的分布圖和原子分數(shù)坐標。設NA為阿伏伽德羅常數(shù)的值,1,2,3,4四點原子分數(shù)坐標分別為(0.25,0.25,0.75),(0.75,0.25,0.25),(0.25,0.75,0.25),(0.75,0.75,0.75)。據(jù)此推斷BP晶體的密度為__gcm-3。(用代數(shù)式表示)
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【題目】某同學采用工業(yè)大理石(含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì))制取CaCl2·6H2O,設計了如下流程:
下列說法不正確的是
A. 固體I中含有SiO2,固體II中含有Fe(OH)3
B. 使用石灰水時,要控制pH,防止固體II中Al(OH)3轉(zhuǎn)化為AlO2-
C. 試劑a選用鹽酸,從溶液III得到CaCl2·6H2O產(chǎn)品的過程中,須控制條件防止其分解
D. 若改變實驗方案,在溶液I中直接加氨水至沉淀完全,濾去沉淀,其溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶也可得到純凈CaCl2·6H2O
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