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

（1）上述乙苯與CO₂反應(yīng)的反應(yīng)熱△H為________________________。
（2）①乙苯與CO₂反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=______________________。
②下列敘述不能說明乙苯與CO₂反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____________________。
a．v_正(CO)=v_逆(CO)                   b．c(CO₂)=c(CO)
c．消耗1mol CO₂同時(shí)生成1molH₂O      d．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_______________。
②實(shí)驗(yàn)II可能改變條件的是__________________________。
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（填“增大”、“減小”或“不變”），計(jì)算此時(shí)平衡常數(shù)為_____________________。

Answer 1

（16分）（1）－166kJ/mol（2分）
（2）     bc（每空2分 共4分）
（3）①0.012mol/(L?min)    ②加入催化劑  
③（每空2分共6分）
（4）減小（2分）    0.225 （2分）

試題分析：（1）觀察三個(gè)熱化學(xué)方程式，發(fā)現(xiàn)已知焓變的A+B可以得到乙苯與二氧化碳的反應(yīng)，根據(jù)蓋斯定律，則乙苯與二氧化碳反應(yīng)的焓變=△H₁+△H₂=[(—125)+(—41)]kJ/mol=—166kJ/mol；（2）①觀察乙苯與二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式，發(fā)現(xiàn)各組分都是氣體，系數(shù)都是1，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=[c(C₆H₅CH=CH₂)?c(CO) ?c(H₂O)]/[c(C₆H₅CH₂CH₃) ?c(CO₂)]；②同一種物質(zhì)表示的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，說明已達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；雖然各組分的變化濃度之比等于化學(xué)方程式中系數(shù)之比，但是各組分的平衡濃度之比不一定等于化學(xué)方程式中系數(shù)之比，因此二氧化碳和一氧化碳濃度相等時(shí)反應(yīng)不一定達(dá)到平衡，故b正確；二氧化碳和水的系數(shù)之比等于1∶1，消耗1molCO₂同時(shí)生成1molH₂O，說明不同物質(zhì)的正反應(yīng)速率等于化學(xué)方程式中系數(shù)之比，缺少逆反應(yīng)速率，因此不能說明達(dá)到平衡，故c正確；二氧化碳是反應(yīng)物，其體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，若保持不變，說明反應(yīng)已達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤；（3）①觀察圖I，0～50min內(nèi)△c(乙苯)=（1.0—0.4）mol/L=0.6mol/L，由于v=△c/△t，則v(乙苯)= 0.6mol/L÷50min=0.012mol/(L?min)；②對(duì)比圖I、圖II，發(fā)現(xiàn)I→II時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)乙苯的變化濃度增大，說明反應(yīng)速率加快，但是平衡時(shí)乙苯的濃度相等，說明平衡沒有移動(dòng)；由于乙苯與二氧化碳的反應(yīng)是氣體體積增大的放熱反應(yīng)，根據(jù)濃度、壓強(qiáng)、溫度和催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響規(guī)律推斷，實(shí)驗(yàn)II可能改變的條件是加入催化劑；③同理，推斷實(shí)驗(yàn)I→III時(shí)，反應(yīng)速率增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，說明改變的條件是升高溫度，因此畫出的曲線滿足以下幾個(gè)要點(diǎn)：起點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)I相同，未達(dá)平衡前，實(shí)驗(yàn)III的反應(yīng)速率比I大，平衡后苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)比實(shí)驗(yàn)I的��；（4）增大乙苯的濃度，雖然平衡右移，乙苯的變化濃度增大，但是乙苯的起始濃度也增大，且變化濃度增大的程度小于起始濃度增大的程度，因此乙苯的轉(zhuǎn)化率減��；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與濃度改變無(wú)關(guān)，因此實(shí)驗(yàn)I中各組分的平衡濃度計(jì)算出的平衡常數(shù)就是此時(shí)的平衡常數(shù)，依題意可知實(shí)驗(yàn)I反應(yīng)中各組分的起始、變化、平衡濃度，則：
C₆H₅CH₂CH₃(g)+CO₂(g) C₆H₅CH=CH₂(g)+CO(g)+H₂O(g)
起始濃度/ mol?Lˉ¹            1.0       3.0             0         0      0
變化濃度/ mol?Lˉ¹            0.6       0.6            0.6        0.6     0.6
平衡濃度/ mol?Lˉ¹            0.4       2.4            0.6        0.6     0.6
K=[c(C₆H₅CH=CH₂)?c(CO) ?c(H₂O)]/[c(C₆H₅CH₂CH₃) ?c(CO₂)]="(" 0.6×0.6×0.6)/( 0.4×2.4)=0.225。