高中化学试题解析426

1. 低碳烯烃（C₂-C₄烯）用途广泛，可由合成气（CO+H₂）经费托反应催化直接合成。

（1）烃类产物碳链增长的部分历程如下（M：催化剂，*CH₃：活性碳氢物质）：

按此历程，产品中低碳烯烃产率不高的原因是________________________________（答出一条即可）。

（2）合成丙烯的费托反应主要为：

则ΔH₁=______kJ/mol，基于化学平衡分析，合成丙烯的条件应为______（填标号）。

A．低温高压B．低温低压

C．高温低压D．高温高压

（3）传统费托合成低碳烯烃收率低。我国科研工作者研发出转化率和选择性均优异的催化剂。图1中抑制副反应的最适宜催化剂为__________（填“MgAPO”、“SAPO”或“GeAPO”）。430℃时，CO₂的选择性为32%，根据图2，此时低碳烯烃的最大收率为_________（写出计算式即可）。

[已知：收率转化为总烃的CO转化率低碳烯烃选择性、

（4）若费托反应只发生③和④，且反应③已快速平衡而④未平衡。恒压、初始投料n(H₂)∶n(CO)=2.5、CO₂选择性为a%或b%时，CO转化率与温度的关系如图3所示，则a_____b（填“>”、“=”或“<”，下同），反应③的v_正(M) _______v_逆(N)。

（5）若采取某种措施抑制CO₂生成，此时费托反应只发生②和④，320℃、恒压645kPa、初始投料n(H₂)∶n(CO)=2时，CO的转化率为50%，丙烯的选择性为90%，则p(C₃H₆)∶p(CO)=_________；反应②的反应商Q_p=______(kPa)^-1（用分压代替浓度计算，分压总压物质的量分数，保留两位有效数字）。

答案：

（1）有副反应发生生成烷烃（或生成高碳烷烃）

分析：

⑴根据题干给出的反应历程图，中间体M-CH₃既可以继续与*CH₃反应使碳链增长，也可以结合H生成甲烷；同理，碳链增长过程中的中间体也可以结合H生成乙烷、丙烷等烷烃。此外，碳链也有可能继续增长生成C₅及以上的高碳烃。这些副反应的存在消耗了反应物，降低了目标产物低碳烯烃的产率。

⑵根据盖斯定律，反应①=3×③+④，则:

反应①是放热、气体分子数减少的反应，低温、高压有利于反应平衡正向移动。

⑶由图1知，在相同的温度下，使用GeAPO催化剂时丙烯的转化率最低。丙烯是我们期望的目标产物，其转化（消耗）属于副反应，因此GeAPO是抑制该副反应的最适宜催化剂。

CO₂选择性为32%，说明总消耗CO中1-32%生成总烃；要使收率最大，观察图2中三种催化剂的数据，GeAPO对应的CO总转化率为85%，低碳烯烃选择性为83%，此时收率最大，因此收率=转化为总烃的CO转化率低碳烯烃选择性为85%×(1-32%)×83%。

⑷反应③为放热反应，在图3中的水平虚线（固定 CO 转化率为 60%），该线与实线（a%）相交于点 M（温度较低），与实线（b%）相交于点N（温度较高）。在CO转化率相同时温度越高，放热反应③平衡越向左移动，生成的CO₂越少，导致CO₂选择性越低。因此，高温对应的线b% 的选择性低于低温对应的线a%，即a＞b。