稿件来源:高途
| 有机物结构的表示(结构式、球棍模型等)题目答案及解析如下,仅供参考!
选修五
第一章 认识有机化合物
第二节 有机化合物的结构特点
有机物结构的表示(结构式、球棍模型等)
将$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$作为弱氧化剂用于乙烷脱氢制备乙烯,具有避免乙烷深度氧化、$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$资源化利用等显著优势。
①查阅资料,计算$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$氧化$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6$脱氢反应的反应热
$\rm i.$查阅 的燃烧热数据$\rm ($填化学式$\rm )$。
$\rm ii.$查阅水的汽化热:${{\text{H}}_{2}}\text{O}\left( 1 \right)={{\text{H}}_{2}}\text{O}\left( \text{g} \right)\quad \Delta {{H}_{1}}=+44.0\,\text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$ 。
利用上述数据,得如下热化学方程式:
${{\text{C}}_{2}}{{\text{H}}_{6}}\left( \text{g} \right)+\text{C}{{\text{O}}_{2}}\left( \text{g} \right)={{\text{C}}_{2}}{{\text{H}}_{4}}\left( \text{g} \right)+\text{CO}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{2}}\text{O}\left( \text{g} \right)\quad \Delta {{H}_{2}}=+178.2\,\text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$
②检验产物有乙烯生成的操作和现象 。
$\\rm C_{2}H_{6}$、$\\rm C_{2}H_{4}$、$\\rm CO$ $\\rm ;$ 将反应得到的气体通入溴水或酸性$\\rm KMnO_{4}$溶液中,溶液褪色
"]]①由乙烷与二氧化碳反应生成乙烯和气态水可知,计算二氧化碳氧化乙烷脱氢反应的反应热时,需查阅资料获取的数据为乙烷、乙烯、一氧化碳的燃烧热和液态水转化为气态水的反应热;
②乙烯能与溴水发生加成反应使溶液褪色,也能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应使溶液褪色,则检验产物有乙烯生成的操作和现象检验产物有乙烯生成的操作和现象为将反应得到的气体通入溴水或酸性高锰酸钾溶液中,溶液褪色;
结合键能数据分析$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$氧化$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6$脱氢反应的挑战和难点 。
| $\text{C}-\text{C}$ | $\text{C}-\text{H}$ | $\text{C}=\text{O}$ | ||||||||
键能$\left( \text{kJ}/\text{mol} \right)$ | $\rm 347.7$ | $\rm 413.4$ | $\rm 745$ |
$\\rm CO_{2}$中$\\rm C=O$键的键能较高,是反应的挑战;乙烷分子中$\\rm C-H$键的键能大于$\\rm C-C$键的键能,所以$\\rm C-H$键的选择活化是难点
"]]由表格数据可知,二氧化碳氧化乙烷脱氢反应的挑战是二氧化碳分子中碳氧双键的键能较高,破坏共价键需要较高的能量;碳氢键的键能大于碳碳键的键能,所以反应的难点是选择合适的催化剂使反应中碳氢键优先活化断裂而碳碳键不断裂的条件下形成碳碳双键;
推测$\text{C}{{\text{r}}^{3+}}$催化$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$氧化$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6$脱氢反应过程示意图如下,补全示意图中画框部分$\rm ($示意图中未使用键线式$\rm )$。
由原子个数守恒可知,与乙烷反应生成
;
分析投料体积比对反应的影响$\rm (650\;\rm ^\circ\rm C$,$\rm 0.1$ $\rm MPa$,$\text{Cr}/\text{Si}{{\text{O}}_{2}}$催化剂$\rm )$
①$\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 1$提高到$\rm 5$,$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6$转化率从$\rm 33.3\%$增加到$\rm 50.5\%$,简述$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6$转化率增加的原因 。$\rm ($体积比为$\rm 3$和$\rm 4$时乙烷转化率基本相同$\rm )$
②$\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 4$提高到$\rm 5$,副反应的化学方程式可能是 。
$\\dfrac{V\\left( \\text{C}{{\\text{O}}_{\\text{2}}} \\right)}{V\\left( {{\\text{C}}_{\\text{2}}}{{\\text{H}}_{\\text{6}}} \\right)}$从$\\rm 1$提高到$\\rm 3$,更多的$\\rm CO_{2}$和乙烷反应生成乙烯,乙烷的转化率增大; $\\dfrac{V\\left( \\text{C}{{\\text{O}}_{\\text{2}}} \\right)}{V\\left( {{\\text{C}}_{\\text{2}}}{{\\text{H}}_{\\text{6}}} \\right)}$从$\\rm 4$提高到$\\rm 5$,更多的$\\rm CO_{2}$和乙烷反应生成甲烷,乙烷的转化率增大 $\\rm ;$ $ \\!\\!\\text{ 2C}{{\\text{O}}_{\\text{2}}}+{{\\text{C}}_{\\text{2}}}{{\\text{H}}_{6}}\\begin{matrix} \\underline{\\underline{催化剂}} \\\\ \\text{650}\\,\\,\\text{0}\\text{.1\\ MPa} \\\\ \\end{matrix}\\text{C}{{\\text{H}}_{\\text{4}}}\\text{+3CO+ }{{\\text{H}}_{\\text{2}}}\\text{O}$
"]]①由图可知,$\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 1$提高到$\rm 3$时,乙烯的选择性增大,甲烷的选择性减小说明反应中更多的二氧化碳和乙烷反应生成乙烯导致乙烷的转化率增大;$\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 4$提高到$\rm 5$时,甲烷的选择性增大,乙烯的选择性减小说明更多的二氧化碳和乙烷反应生成甲烷导致乙烷的转化率增大,所以$\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 1$提高到$\rm 5$,乙烷转化率从$\rm 33.3\%$增加到$\rm 50.5\%$,故答案为:$\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 1$提高到$\rm 3$,更多的$\rm CO_{2}$和乙烷反应生成乙烯,乙烷的转化率增大; $\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 4$提高到$\rm 5$,更多的$\rm CO_{2}$和乙烷反应生成甲烷,乙烷的转化率增大;
②$\dfrac{V\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{V\left( {{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{\text{6}}} \right)}$从$\rm 4$提高到$\rm 5$时,甲烷的选择性增大,乙烯的选择性减小说明更多的二氧化碳和乙烷反应生成甲烷,则副反应的化学方程式为$ \!\!\text{ 2C}{{\text{O}}_{\text{2}}}+{{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{H}}_{6}}\begin{matrix} \underline{\underline{催化剂}} \\ \text{650}\,\,\text{0}\text{.1\ MPa} \\ \end{matrix}\text{C}{{\text{H}}_{\text{4}}}\text{+3CO+ }{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}$。
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