Question

【題目】苯乙烯是重要的化工原料。以乙苯(C6H5—CH2CH3)為原料，采用催化脫氫的方法制取苯乙烯(C6H5—CH=CH2)，反應(yīng)方程式為：C6H5—CH2CH3(g)C6H5—CH=CH2(g)+H2(g) ΔH=+117.6 kJ·mo1-1

回答下列問題：

（1）已知：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mo1-1

C6H5—CH2CH3(g)+21/2O2(g)=8CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-4607.1 kJ·mo1-1

則C6H5—CH=CH2(g)+10O2(g)= 8CO2(g)+4H2O(l) ΔH=_____________。

（2）工業(yè)上，在恒壓設(shè)備中進(jìn)行上述反應(yīng)制取苯乙烯，常在乙苯蒸氣中通入大量水蒸氣。請用化學(xué)平衡理論解釋通入大量水蒸氣的原因_________________________________________。

（3）已知T℃下，將amol乙苯蒸氣通入到體積為VL的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，反應(yīng)時間與容器內(nèi)的總壓強(qiáng)數(shù)據(jù)如下表：

時間t/min	0	10	20	30	40
總壓強(qiáng)p/1000kPa	1.0	1.3	1.45	1.5	1.5

①由表中數(shù)據(jù)計算0~10 min內(nèi)v(C6H5—CH2CH3)=________________。（用含a、V 的式子表示）

②該反應(yīng)平衡時乙苯的轉(zhuǎn)化率為_________________________。

（4）苯乙烯與溴化氫發(fā)生的加成反應(yīng)產(chǎn)物有兩種，其反應(yīng)方程式如下：

i.C6H5—CH=CH2(g)+HBr(g)C6H5—CH2CH2Br (g)

ii.C6H5—CH=CH2(g)+HBr(g)C6H5—CHBrCH3(g)

600℃時，向3L 恒容密閉容器中充入1.2 mol C6H5—CH=CH2(g)和1.2 mol HBr(g)發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡時C6H5—CH2CH2Br (g)和C6H5—CHBrCH3(g)的物質(zhì)的量(n)隨時間(t)變化的曲線如圖所示。

①600℃時，反應(yīng)ii 的化學(xué)平衡常數(shù)K ii=__________________。

②反應(yīng)平衡后，若保持其它條件不變，向該容器中再充入1mol C6H5—CH2CH2Br (g)，則反應(yīng)ii 將_________(“正向”、“逆向”或“不”)移動。

③在恒溫恒容的密閉容器中，苯乙烯與溴化氫發(fā)生i、ii兩個加成反應(yīng)，判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是______。

A.容器內(nèi)的密度不再改變

B.C6H5—CH2CH2Br (g)的生成速率與C6H5—CHBrCH3 (g)分解速率相等

C.反應(yīng)器中壓強(qiáng)不再隨時間變化而變化

D.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

Answer 1

【答案】 －4438.9 kJmol－1 該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的可逆反應(yīng)，恒壓通入水蒸氣，總壓不變，體積增大，反應(yīng)體系分壓減小，平衡正移，苯乙烯產(chǎn)量提高 (0.03a/V) molL-1min-1 50% 20 正向 CD

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，外界條件對化學(xué)平衡的影響，化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的計算，圖像分析，化學(xué)平衡的標(biāo)志。

（1）將反應(yīng)編號，

C6H5—CH2CH3（g）C6H5—CH=CH2（g）+H2（g）ΔH=+117.6 kJ·mo1-1 （①式）

H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l） ΔH=-285.8 kJ·mo1-1（②式）

C6H5—CH2CH3（g）+21/2O2（g）=8CO2（g）+5H2O（l） ΔH=-4607.1 kJ·mo1-1（③式）

應(yīng)用蓋斯定律，將③式-①式-②式得，C6H5—CH=CH2（g）+10O2（g）= 8CO2（g）+4H2O（l） ΔH=（-4607.1kJ/mol）-（+117.6kJ/mol）-（-285.8kJ/mol）=-4438.9kJ/mol。

（2）通入大量水蒸氣的原因是：該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的可逆反應(yīng)，恒壓設(shè)備中通入水蒸氣，壓強(qiáng)不變，容器的體積增大，反應(yīng)體系的分壓減小，平衡向正反應(yīng)方向移動，提高苯乙烯的產(chǎn)量。

（3）①用三段式，設(shè)0~10min內(nèi)轉(zhuǎn)化乙苯物質(zhì)的量為x

C6H5—CH2CH3（g）C6H5—CH=CH2（g）+H2（g）

n（起始）（mol） a 0 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） x x x

n（10min末）（mol） a-x x x

10min時容器內(nèi)總壓強(qiáng)與起始總壓強(qiáng)之比為1.3：1，（a-x+x+x）：a=1.3:1，x=0.3amol，0~10min內(nèi)υ（C6H5—CH2CH3）==（0.03a/V）mol/（L·min）。

②用三段式，設(shè)起始到平衡轉(zhuǎn)化乙苯物質(zhì)的量為y

C6H5—CH2CH3（g）C6H5—CH=CH2（g）+H2（g）

n（起始）（mol） a 0 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） y y y

n（平衡）（mol） a-y y y

30min和40min時總壓強(qiáng)相等，說明平衡時容器內(nèi)總壓強(qiáng)與起始總壓強(qiáng)之比為1.5:1，（a-y+y+y）：a=1.5:1，y=0.5amol，反應(yīng)平衡時乙苯的轉(zhuǎn)化率為100%=50%。

（4）①由圖像可知平衡時C6H5—CH2CH2Br物質(zhì)的量為0.3mol，反應(yīng)i轉(zhuǎn)化C6H5—CH=CH2、HBr物質(zhì)的量都為0.3mol；C6H5—CHBrCH3平衡物質(zhì)的量為0.6mol，反應(yīng)ii轉(zhuǎn)化C6H5—CH=CH2、HBr物質(zhì)的量都為0.6mol；則平衡時體系中C6H5—CH=CH2物質(zhì)的量為1.2mol-0.3mol-0.6mol=0.3mol，HBr物質(zhì)的量為1.2mol-0.3mol-0.6mol=0.3mol；反應(yīng)ii的化學(xué)平衡常數(shù)Kii===20。

②反應(yīng)平衡后，保持其他條件不變，向該容器中再充入1molC6H5—CH2CH2Br（g），反應(yīng)i向逆反應(yīng)方向移動，C6H5—CH=CH2、HBr物質(zhì)的量濃度增大；由于反應(yīng)ii的反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)ii將正向移動。

③A，反應(yīng)i、反應(yīng)ii中所有物質(zhì)都呈氣態(tài)，氣體的總質(zhì)量始終不變，容器為恒溫恒容容器，氣體的密度始終不變，容器內(nèi)的密度不再改變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；B，C6H5—CH2CH2Br（g）的生成速率與C6H5—CHBrCH3（g）分解速率相等，表明反應(yīng)i的正反應(yīng)速率和反應(yīng)ii的逆反應(yīng)速率相等，不是同一反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相等，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；C，反應(yīng)i、反應(yīng)ii的正反應(yīng)都是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，建立平衡過程中混合氣體分子物質(zhì)的量減小，恒溫恒容容器中，反應(yīng)器中壓強(qiáng)減小，平衡時混合氣體分子物質(zhì)的量不變，反應(yīng)器中壓強(qiáng)不變，反應(yīng)器中壓強(qiáng)不再隨時間變化而變化能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；D，反應(yīng)i、反應(yīng)ii中所有物質(zhì)都呈氣態(tài)，氣體的總質(zhì)量始終不變，反應(yīng)i、反應(yīng)ii的正反應(yīng)都是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，建立平衡過程中混合氣體分子物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量增大，平均相對分子質(zhì)量增大，平衡時混合氣體分子物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是C、D，答案選CD。