问题 计算题

(10分)工业上目前使用两种方法制取乙醛:(1)乙炔水化法;(2)乙烯氧化法。下列两表提供生产过程中原料、反应条件、原料平衡转化率、产量等有关的信息情况:

表一:原料、反应条件、平衡转化率、日产量

 乙炔水化法乙烯氧化法
原料乙炔、水乙烯、空气
反应条件HgSO4、100~125℃PdCl2-CuCl2、100~125℃
平衡转化率乙炔平衡转化率90%左右乙烯平衡转化率80%左右
日产量2.5吨(某设备条件下)3.6吨(相同设备条件下)
表二:原料来源生产工艺

 原料生产工艺过程
乙炔
乙烯来源于石油裂解气
根据上述两表,回答下列问题:

(1)写出下列化学方程式:

a.乙炔水化法制乙醛__________________________________________________。

b.乙烯氧化法制乙醛______________________________________________。

(2)从两表中分析,现代工业上乙烯氧化法逐步取代乙炔水化法(从环境、原料来源、产率和产量、能耗等角度),分析可能的原因:________________________________。

(3)从化学反应速率角度分析,在相同条件下,两种制取乙醛的方法哪种快?

___________________________________________________________________。

(4)若将上述两种方法的反应条件,均增加“100atm”,原料平衡转化率_______(填增大、减小、不变);而实际生产中不采用的理由是_____________________________。

(5)若乙烯由石油裂化(裂化气混合气体的平均化学式CnHm、m>2n),进一步完全催化裂解而来,得到体积百分含量分别为:甲烷:5%、乙烯:40%、丙烯:10%、其余为丁二烯和氢气(气体体积均在同温同压下测定)。若得到40mol乙烯,求:能够得到丁二烯和氢气的物质的量各为多少?

答案

(1)CH≡CH+H2OCH3CHO    2CH2=CH2+O22CH3CHO

(2)从表一来看,两者反应条件温度相当,但乙炔水化法制乙醛使用的是汞盐催化剂,毒性大;虽然乙烯氧化法的转化率略小于乙炔水化法,但反应快、日产量比其高得多。

从表二来看,乙炔的制取要经过多步反应制得,且消耗大量的热能、电能,较难获得;乙烯来源于石油裂解气,消耗的总能量比乙炔少,且较容易获得。

(3)乙烯氧化法快;

(4)增大;因为两种方法在相应反应条件下,转化率都已经很高,增大压强将消耗能量和增加高备,不经济。

(5)要得到40molC2H4,则会生成5molCH4、10molC3H6。若设生成x mol丁二烯(C4H6)和y molH2,且需要催化裂解a mol的CnHm

则:根据碳原子守恒:an=5+30+80+4x

根据氢原子守恒:am=20+60+160+6x+2y

根据题意:x+y=100-55

解以上联立方程求得:

(1)乙炔中含有碳碳三键,能和水发生加成反应,生成乙醛;乙烯中含有碳碳双键,能发生氧化反应生成乙醛。

(2)从表一来看,两者反应条件温度相当,但乙炔水化法制乙醛使用的是汞盐催化剂,毒性大;虽然乙烯氧化法的转化率略小于乙炔水化法,但反应快、日产量比其高得多。

从表二来看,乙炔的制取要经过多步反应制得,且消耗大量的热能、电能,较难获得;乙烯来源于石油裂解气,消耗的总能量比乙炔少,且较容易获得。

(3)根据表中数据可知,乙烯氧化的反应速率要快。

(4)根据方程式可知,反应都是体积减小的,所以增大压强,平衡向正反应方向移动,转化率增大。但由于两种方法在相应反应条件下,转化率都已经很高,增大压强将消耗能量和增加设备,不经济。

(5)要得到40molC2H4,则会生成5molCH4、10molC3H6。若设生成x mol丁二烯(C4H6)和y molH2,且需要催化裂解a mol的CnHm

则:根据碳原子守恒:an=5+30+80+4x

根据氢原子守恒:am=20+60+160+6x+2y

根据题意:x+y=100-55

解以上联立方程求得:

单项选择题
单项选择题 B型题