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) ΔH = +117.6kJ·mol-1

(1)往剛性恒容容器中同時(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)=_________，平衡常數(shù)Kp=_________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，請(qǐng)列式計(jì)算)

②下列說(shuō)法正確的是_________

A．當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B．增加通入水蒸氣的量，有利于乙苯轉(zhuǎn)化率的高

C．若將該反應(yīng)置于恒壓容器中反應(yīng)，其他起始條件相同，乙苯的轉(zhuǎn)化率將減小

D．僅往該剛性恒容容器中通入和上述等量的乙苯，其他條件相同，平衡時(shí)氫氣的分壓不變

(2)CO2氣氛下乙苯催化脫氫可同時(shí)存在以下兩種途徑：

①請(qǐng)畫出途徑1的能量和反應(yīng)過(guò)程的圖像，并作適當(dāng)標(biāo)注______________

②途徑I的反應(yīng)歷程如圖所示，下列說(shuō)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

③剛性容器中，在催化劑作用下，一定時(shí)間內(nèi)p(CO2)與乙苯轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖分析，則p(CO2)為15kPa時(shí)，乙苯轉(zhuǎn)化率最高的可能原因_________

Answer 1

【答案】80kPa 45 AD AB 一定時(shí)間內(nèi)，低于15 kPa時(shí)，二氧化碳分壓低，反應(yīng)速率慢，所以乙苯轉(zhuǎn)化率低，高于15 kPa時(shí)，二氧化碳分壓高，過(guò)多的占據(jù)了催化劑表面，阻礙了乙苯的吸附，導(dǎo)致反應(yīng)速率減慢

【解析】

(1)①由圖可知，起始時(shí)容器的總壓強(qiáng)為100 kPa，平衡時(shí)，總壓強(qiáng)為115 kPa，則，根據(jù)反應(yīng)方程式(g)(g)+H2(g)的比例關(guān)系，利用差量法計(jì)算轉(zhuǎn)化量，進(jìn)而計(jì)算平衡時(shí)各氣體的壓強(qiáng)，再計(jì)算Kp；

②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)和外界因素對(duì)平衡移動(dòng)的影響進(jìn)行分析；

(2)①先根據(jù)蓋斯定律計(jì)算△H1=△H2+△H3，再畫出途徑1的能量和反應(yīng)過(guò)程的圖像；
②反應(yīng)過(guò)程中CO2轉(zhuǎn)化為CO，C的化合價(jià)降低，被還原；狀態(tài)1到狀態(tài)2過(guò)程中在催化劑表面生成了”HO-C=O“和等中間產(chǎn)物；催化劑可加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，據(jù)此分析解答；

③由途徑I的反應(yīng)歷程可知，乙苯催化脫氫被催化劑吸附，在催化劑表面進(jìn)行，隨著CO2壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)速率加快，但壓強(qiáng)過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致催化劑吸附乙苯的機(jī)能降低，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率反而降低，據(jù)此分析解答。

(1)①由圖可知，起始時(shí)容器的總壓強(qiáng)為100 kPa，平衡時(shí)，總壓強(qiáng)為115 kPa，則，根據(jù)反應(yīng)方程式(g)(g)+H2(g)的比例關(guān)系和差量法可知，乙苯的分壓減少了p轉(zhuǎn)(乙苯) =15 kPa，，解得p始(乙苯)=20 kPa，則p(H2O)=100kPa-20kPa=80 kPa，，平衡時(shí)，p平(乙苯)=20 kPa-15 kPa=5 kPa，p平(苯乙烯)=15kPa，p平(H2)=15kPa，則，故答案為：80kPa；45；

②A. 混合氣體的總質(zhì)量不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量逐漸增大，平均相對(duì)分子質(zhì)量是一個(gè)變量，則當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；

B. 增加通入水蒸氣的量，不改變反應(yīng)體系中各氣體的濃度，因此對(duì)該平衡無(wú)影響，不能提高乙苯的轉(zhuǎn)化率，故錯(cuò)誤；

C. 若將該反應(yīng)置于恒壓容器中反應(yīng)，其他起始條件相同，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量增大，容器的容積隨之增大，因此相對(duì)與原平衡來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于減壓，減壓平衡正向移動(dòng)，乙苯的轉(zhuǎn)化率將增大，故錯(cuò)誤；

D. 水蒸氣不影響該反應(yīng)的平衡狀態(tài)，因此僅往該剛性恒容容器中通入和上述等量的乙苯，其他條件相同，平衡時(shí)氫氣的分壓不變，故正確；

故答案為：AD；

(2)①由圖可知，△H1=△H2+△H3=+117.6kJ/mol+（+41.6kJ/mol）=+159.2kJ/mol，即a=+159.2，則途徑1的能量和反應(yīng)過(guò)程的圖像可表示為：；

②A. 反應(yīng)過(guò)程中CO2轉(zhuǎn)化為CO，C的化合價(jià)降低，被還原，是氧化劑，故A正確；
B. 狀態(tài)1到狀態(tài)2過(guò)程中在催化劑表面生成了“HO-C=O”等中間產(chǎn)物，形成了O-H鍵，故B正確；
C. 狀態(tài)1到狀態(tài)2過(guò)程中在催化劑表面生成了“HO-C=O”和等中間產(chǎn)物，故C錯(cuò)誤；
D. 催化劑可加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，故催化劑不能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，

故D錯(cuò)誤；故答案為：AB

③由途徑I的反應(yīng)歷程可知，乙苯催化脫氫被催化劑吸附，在催化劑表面進(jìn)行，隨著CO2壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)速率加快，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率逐漸增大，但壓強(qiáng)過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致催化劑吸附乙苯的機(jī)能降低，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率反而降低，所以p(CO2)為15kPa時(shí)乙苯平衡轉(zhuǎn)化率最高，故答案為：一定時(shí)間內(nèi)，低于15 kPa時(shí)，二氧化碳分壓低，反應(yīng)速率慢，所以乙苯轉(zhuǎn)化率低，高于15 kPa時(shí)，二氧化碳分壓高，過(guò)多的占據(jù)了催化劑表面，阻礙了乙苯的吸附，導(dǎo)致反應(yīng)速率減慢。