Question

【題目】苯乙烯是一種重要的化工原料，可采用乙苯催化脫氫法制備，反應(yīng)如下：(g) (g)+H2(g) △H=+17.6kJ/mol

(1)在剛性容器中要提高乙苯平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有______

(2)實(shí)際生產(chǎn)中往剛性容器中同時(shí)通入乙苯和水蒸氣，測(cè)得容器總壓和乙苯轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化結(jié)果如圖所示。

①平衡時(shí)，p(H2O)=_____kPa，平衡常數(shù)Kp=_____kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))

②反應(yīng)速率V=V正-V逆=k正P乙苯-k逆p苯乙烯p氫氣，k正、k逆分別為正逆反應(yīng)速率常數(shù)。計(jì)算a處的______。

(3)O2氣氛下乙苯催化脫氫同可時(shí)存在以下兩種途徑：

①a=________。

②途徑I的反應(yīng)歷程如圖所示，下列說法正確的是_____

a.CO2為氧化劑 b.狀態(tài)1到狀態(tài)2形成了O-H鍵

c.中間產(chǎn)物只有() d.該催化劑可提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率

③pCO2與乙苯平衡轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖分析，pCO2為15kPa時(shí)乙苯平衡轉(zhuǎn)化率最高的原因______。

Answer 1

【答案】升溫、降壓、及時(shí)移去產(chǎn)物 80 45 2.5 159.2 a、b 當(dāng)p(CO2)<15kPa，隨著CO2壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物濃度增大，促進(jìn)平衡向右移動(dòng)；當(dāng)p(CO2)>15kPa，過多的CO2會(huì)造成催化劑表面乙苯的吸附下降

【解析】

(1)根據(jù)該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積擴(kuò)大的吸熱反應(yīng)，用平衡移動(dòng)原理分析解答；

(2)①先根據(jù)壓強(qiáng)增大數(shù)值計(jì)算反應(yīng)的乙苯，然后根據(jù)乙苯的轉(zhuǎn)化率計(jì)算混合氣體中乙苯的含量，進(jìn)而可得出水蒸氣的含量，將各組分物質(zhì)的量帶入平衡常數(shù)表達(dá)式可得Kp；

②根據(jù)平衡時(shí)V正=V逆計(jì)算出，再根據(jù)a點(diǎn)時(shí)反應(yīng)混合物中個(gè)組分的物質(zhì)的量帶入速率公式及可得到相應(yīng)的數(shù)值；

(3)①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；②結(jié)合反應(yīng)歷程及化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析；③根據(jù)CO2是反應(yīng)物，結(jié)合反應(yīng)物的濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響及CO2在催化劑表面的吸附作用分析判斷。

(1)根據(jù)該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積擴(kuò)大的吸熱反應(yīng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理可知：要提高乙苯的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施為升高溫度、降低壓強(qiáng)及時(shí)移去產(chǎn)物等方式；

(2)反應(yīng)開始總壓強(qiáng)為100，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)增大為115，增大了15，說明乙苯反應(yīng)了15，由于乙苯的轉(zhuǎn)化率為75，因此反應(yīng)開始時(shí)乙苯的含量為15÷0.75=20，故H2O蒸氣占80；

根據(jù)上述分析可知：平衡時(shí)n(乙苯)=20-15=5，n(苯乙烯)=n(H2)=15，則根據(jù)平衡常數(shù)的含義，物質(zhì)的量的比等于氣體的壓強(qiáng)比，因此用平衡分壓表示的平衡常數(shù)Kp==45；

②可逆反應(yīng)(g)(g)+H2(g)達(dá)到平衡時(shí)，正反應(yīng)與逆反應(yīng)速率相等，此時(shí)乙苯為5，苯乙烯、氫氣為15，k正P乙苯=k逆p苯乙烯p氫氣，=45；在a點(diǎn)時(shí)壓強(qiáng)為112，則說明此時(shí)乙苯為8，苯乙烯、氫氣為12，所以===45×=2.5；

(3)①反應(yīng)過程中能量變化與反應(yīng)途徑無關(guān)，只與物質(zhì)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，根據(jù)圖示可知反應(yīng)熱a=117.6kJ/mol+41.6kJ/mol=+159.2kJ/mol；

②a.CO2與乙苯反應(yīng)后變?yōu)?/span>CO，C元素化合價(jià)降低，C獲得電子，因此CO2為氧化劑,a正確；

b.根據(jù)圖示可知由狀態(tài)1到狀態(tài)2形成了O-H鍵，b正確；

c.由反應(yīng)歷程可知中間產(chǎn)物除了()，還有，c錯(cuò)誤；

d.催化劑對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無影響，因此不能改變乙苯的轉(zhuǎn)化率，d錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是ab；

③乙苯與CO2發(fā)生可逆反應(yīng)產(chǎn)生苯乙烯、H2O、CO，在p(CO2)<15kPa，隨著CO2壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物濃度增大，促進(jìn)平衡向右移動(dòng)；當(dāng)p(CO2)>15kPa，過多的CO2吸附在催化劑表面，會(huì)造成催化劑表面乙苯的吸附下降，又導(dǎo)致其轉(zhuǎn)化率降低。