Question

工業(yè)上采用乙苯與CO₂脫氫生產(chǎn)重要化工原料苯乙烯
其中乙苯在CO₂氣氛中的反應(yīng)可分兩步進(jìn)行
A
B

（1）上述乙苯與CO₂反應(yīng)的反應(yīng)熱△H為

-166KJ/mol

（2）①乙苯與CO₂反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c(C6H5CH=CH2)?c(CO)?c(H2O)

c(C6H5CH2CH3)c(CO2)

②乙苯與CO₂在固定體積的容器中反應(yīng)下列敘述不能說(shuō)明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

acd

a．體系的密度不再改變      b．體系的壓強(qiáng)不再改變   c．c（CO₂）=c（CO）
d．消耗1molCO₂同時(shí)生成1molH₂O      e．CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變
（3）在3L密閉容器內(nèi)，乙苯與CO₂的反應(yīng)在三種不同的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，乙苯、CO₂的起始濃度分別為
1.0mol/L和3.0mol/L，其中實(shí)驗(yàn)I在T1℃，0.3MPa，而實(shí)驗(yàn)II、III分別改變了實(shí)驗(yàn)其他條件；乙苯的濃度隨時(shí)間的變化如圖I所示．

①實(shí)驗(yàn)I乙苯在0-50min時(shí)的反應(yīng)速率為

0.012mol/（L?min）

②實(shí)驗(yàn)Ⅱ可能改變條件的是

加催化劑

③圖II是實(shí)驗(yàn)I中苯乙烯體積分?jǐn)?shù)V%隨時(shí)間t的變化曲線，請(qǐng)?jiān)趫DII中補(bǔ)畫實(shí)驗(yàn)Ⅲ中苯乙烯體積分?jǐn)?shù)V%隨時(shí)間t的變化曲線．
（4）若實(shí)驗(yàn)I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，乙苯的轉(zhuǎn)化率將

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”），計(jì)算此時(shí)平衡常數(shù)為

0.225

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式分析；
（2）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，結(jié)合方程式分析；
②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比（不同物質(zhì)），各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化；
（3）①根據(jù)圖I中乙苯的濃度變化，求出反應(yīng)速率；
②根據(jù)圖I中實(shí)驗(yàn)Ⅱ改變條件平衡不移動(dòng)，反應(yīng)速率增大；
③實(shí)驗(yàn)Ⅲ中改變條件，由圖I可知乙苯的濃度增大，平衡逆移，所以苯乙烯體積分?jǐn)?shù)V%隨時(shí)間t增大而減��；
（4）根據(jù)加入乙苯引起的濃度增大量與平衡移動(dòng)引起的濃度減小量的相對(duì)關(guān)系分析；若實(shí)驗(yàn)I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，因?yàn)闇囟炔蛔儯瑒tK不變，根據(jù)圖I中數(shù)據(jù)求出K的值．

解答：解：（1）方程A+方程B得到：，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱為：△H=△H₁+△H₂=-125-41=-166KJ/mol，
故答案為：-166KJ/mol；
（2）①乙苯與CO₂反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c(C6H5CH=CH2)?c(CO)?c(H2O)

c(C6H5CH2CH3)c(CO2)

，故答案為：

c(C6H5CH=CH2)?c(CO)?c(H2O)

c(C6H5CH2CH3)c(CO2)

；
②a．反應(yīng)前后體積不變，質(zhì)量守恒，所以體系的密度始終不變，故不能用密度判斷平衡，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)前后氣體的體積不等，所以體系的壓強(qiáng)改變，當(dāng)壓強(qiáng)不再變化即是平衡狀態(tài)，故b正確；
c．c（CO₂）與c（CO）的濃度是否相等，與反應(yīng)的起始量和轉(zhuǎn)化率有關(guān)，所以當(dāng)c（CO₂）=c（CO）時(shí)，不能說(shuō)明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．消耗1molCO₂為正速率，同時(shí)生成1molH₂O也是正速率，都是正速率，二者始終相等，不能說(shuō)明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；
e．隨著反應(yīng)的進(jìn)行CO₂的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，當(dāng)CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變，即是平衡狀態(tài)，故e正確；
所以不能說(shuō)明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是acd，故答案為：acd；
（3）①根據(jù)圖I中可知，0-50min時(shí)乙苯的濃度變化為1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，則其反應(yīng)速率為

△c

t

=

0.6mol/L

50min

=0.012mol/（L?min）；
故答案為：0.012mol/（L?min）；
②根據(jù)圖I中實(shí)驗(yàn)Ⅱ改變條件平衡不移動(dòng)，而反應(yīng)速率增大，所以改變的條件是加催化劑，故答案為：加催化劑；
③實(shí)驗(yàn)Ⅲ中改變條件，由圖I可知乙苯的濃度增大，平衡逆移，所以苯乙烯體積分?jǐn)?shù)V%隨時(shí)間t增大而減小，其圖形為：；
故答案為：；
（4）若實(shí)驗(yàn)I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，平衡正移，由于二氧化碳的初始濃度沒變，平衡移動(dòng)引起的乙苯的濃度的減小量小于加入的乙苯引起的濃度增加量，所以乙苯的轉(zhuǎn)化率減�。�
 根據(jù)圖I中實(shí)驗(yàn)1可知，0-50min時(shí)乙苯的濃度變化為1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L        
                   C₆H₅CH₂CH₃ +CO₂ ?C₆H₅CH=CH₂ +CO+H₂O
起始濃度（mol/L）：1.0         3.0        0      0      0
反應(yīng)濃度（mol/L）：0.6         0.6      0.6     0.6    0.6
平衡濃度（mol/L）：0.4         2.4      0.6     0.6    0.6  
則K=

0.6×0.6×0.6

0.4×2.4

=0.225，
故答案為：減��；0.225．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合性較大，涉及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、反應(yīng)速率的計(jì)算等，注意（4）中平衡常數(shù)的計(jì)算依據(jù)圖I中的實(shí)驗(yàn)1分析計(jì)算，題目難度較大．