Question

【題目】化學反應條件是研究化學反應的重要方向。

（1）化工原料異丁烯（C4H8）可由異丁烷（C4H10）直接催化脫氫制備：C4H10（g） C4H8（g）+H2（g） △H=+139kJ·mol-1

一定條件下，以異丁烷為原料生產異丁烯，在202kPa和808kPa下異丁烷平衡轉化率隨溫度的變化如圖所示。

①p1=_______kPa，選擇異丁烯制備的溫度條件是550~600℃的理由是_________________。

②若平衡混合氣中異丁烯的體積分數為25%，則異丁烷的平衡轉化率為_______%（保留小數點后1位）。

（2）異丁烷催化脫氫制備異丁烯的研究熱點是催化活性組分以及載體的選擇。下表是以V-Fe-K-0為催化活性物質，反應時間相同時，測得的不同溫度、不同載體條件下的數據。

溫度/℃		570	580	590	600	610
以r-Al2O3為載體	異丁烷轉化率／％	36.41	36.49	38.42	39.23	42.48
	異丁烯收率／％	26. 17	27. 11	27.51	26.56	26.22
以TiO2為載體	異丁烷轉化率／％	30.23	30.87	32.23	33.63	33.92
	異丁烯收率／％	25.88	27.39	28.23	28.81	29.30

說明：收率=（生產目標產物的原料量/原料的進料量）×100%

①由上表數據，可以得到的結論是____________（填字母序號）。

a 載體會影響催化劑的活性 b 載體會影響催化劑的選擇性 c 載體會影響化學平衡常數

②分析以γ-Al2O3為載體時異丁烯收率隨溫度變化的可能原因：__________。

（3）工業上用復合氧化鈷（組成為Co3O4）、碳酸鋰以Li/Co（原子比）=1混合，在空氣中900℃下加熱5小時制備鋰離子電池正極材料LiCo O2，寫出制備LiCoO2的化學方程式__________。廢舊的鋰離子電池需要回收，“放電處理”廢舊的鋰離子電池有利于鋰在正極回收的原因是____________。

Answer 1

【答案】202 該反應催化劑活性在550 - 600℃最大，且在此溫度下轉化率巳經很高，再升高溫度轉化率提高不大，但消耗能量多 33.3 ab 溫度低于590℃，溫度升高，催化劑的活性增強，反應速率增大，C4H10（g）C4H8（g）+H2（g）正向移動，異丁烯收率增大，溫度高于590℃，催化劑的選擇性降低，異丁烯收率減小 4Co3O4+6Li2CO3+O212LiCoO2 +6CO2 “放電處理”廢舊的鋰離子電池有利于鋰離子向正極遷移而聚集

【解析】

（1）①異丁烷制備異丁烯的反應是氣體分子數增多的反應，增大壓強，平衡逆向移動，異丁烷平衡轉化率減小，所以P1小于P2，即P1=202kPa。一方面，催化劑需要合適的溫度活性才會最好，另一方面，異丁烷制備異丁烯的反應是個吸熱反應，溫度太低，異丁烷的轉化率太低，溫度太高，異丁烷的轉化率增大程度不大，且會消耗大量的能量。即該反應催化劑活性在550 - 600℃最大，且在此溫度下轉化率巳經很高，再升高溫度轉化率提高不大，但消耗能量多,故答案為：202；該反應催化劑活性在550 - 600℃最大，且在此溫度下轉化率巳經很高，再升高溫度轉化率提高不大，但消耗能量多；

②設異丁烷起始值為1，變化值為x，則，25%=，解得x=，則異丁烷的平衡轉化率==33.3%，故答案為：33.3%；

（2）①a．由表格可知，溫度相同時，載體不同，異丁烷轉化率不同，故載體會影響催化劑活性，a正確；

b．由表格可知，溫度相同時，載體不同，異丁烯的收率不同，故載體會影響催化劑的選擇性，b正確；

c．化學平衡常數只和溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不變，c錯誤；

綜上所述，ab正確，故答案為：ab；

②溫度低于590℃，溫度升高，催化劑的活性增強，反應速率增大，C4H10（g）C4H8（g）+H2（g）正向移動，異丁烯收率增大，溫度高于590℃，催化劑的選擇性降低，異丁烯收率減小，故答案為：溫度低于590℃，溫度升高，催化劑的活性增強，反應速率增大，C4H10（g）C4H8（g）+H2（g）正向移動，異丁烯收率增大，溫度高于590℃，催化劑的選擇性降低，異丁烯收率減小；

（3）結合原子守恒、得失電子守恒可得方程式為：4Co3O4+6Li2CO3+O212LiCoO2 +6CO2，放電時，陽離子向正極移動，即“放電處理”廢舊的鋰離子電池有利于鋰離子向正極遷移而聚集，故答案為：4Co3O4+6Li2CO3+O212LiCoO2 +6CO2；“放電處理”廢舊的鋰離子電池有利于鋰離子向正極遷移而聚集。