Question

4．乙苯催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的反應：

（1）一定溫度下，將amol乙苯加入體積為VL的密閉容器中，發(fā)生上述反應，反應時間與容器內(nèi)氣體總壓強的數(shù)據(jù)如下表．

時間/min	0	10	20	30	40
總壓強/1000kPa	1.0	1.2	1.3	1.4	1.4

①平衡時，容器中氣體物質(zhì)的量總和為1.4amol，乙苯的轉(zhuǎn)化率為40%．
②列式計算此溫度下該反應的平衡常數(shù)K$\frac{4a}{15V}$
（2）根據(jù)化學反應原理，分析減小壓強對該反應的影響該反應分子數(shù)增加，減小壓強使平衡右移，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，苯乙烯產(chǎn)率增加，減小壓強使乙苯濃度減小，反應速率減小
（3）實際生產(chǎn)的反應在常壓下進行，且向乙苯蒸氣中摻入水蒸氣，利用熱力學數(shù)據(jù)計算得到溫度和投料比對乙苯轉(zhuǎn)化率的影響可用圖表示．[M=n（H₂O）/n（乙苯]

①比較圖中A、B兩點對應平衡常數(shù)大�。篕_A＜K_B
②圖中投料比（M₁、M₂、M₃）的大小順序為M₁＞M₂＞M₃
③隨著反應的進行，催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復催化劑的活性，原因是C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂（用化學方程式表示）

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)壓強與氣體物質(zhì)的量成正比確定反應后氣體的總物質(zhì)的量；利用差量法計算出反應消耗乙苯的物質(zhì)的量，然后計算出乙苯的轉(zhuǎn)化率；
②利用三段式計算出平衡時各組分的物質(zhì)的量，然后利用平衡常數(shù)表達式計算出該溫度下該反應的平衡常數(shù)；
（2）該反應為氣體體積增大的反應，減小壓強后平衡向著氣體體積增大的反應方向移動；再結(jié)合壓強對反應速率的影響分析；
（3）①圖象分析可知，隨溫度升高，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，說明升溫平衡正向進行，正反應為吸熱反應，AB兩點B點溫度高；
②乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉(zhuǎn)化率越小，據(jù)此分析判斷M的值；
③催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復催化劑的活性是因為碳和水蒸氣在高溫下反應生成一氧化碳氣體和氫氣，除去表面的積碳．

解答 解：（1）①容器容積固定，則容器內(nèi)壓強與氣體的總物質(zhì)的量成正比，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，達到平衡時壓強為反應前的1.4倍，則平衡時氣體的總物質(zhì)的量為：amol×1.4=1.4amol；
平衡時氣體的物質(zhì)的量增大：1.4amol-amol=0.4amol，設有x mol 乙苯發(fā)生轉(zhuǎn)化，
△n
    1                      1             1       1
    xmol                                       0.4amol
則：x=$\frac{0.4amol×1}{1}$=0.4amol，
所以乙苯的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.4amol}{amol}$×100%=40%，
故答案為：1.4a；40%；
②發(fā)生反應為
反應前（mol）    a                    0             0
轉(zhuǎn)化（mol）     0.4a                 0.4a         0.4a
平衡時（mol）   0.6a                0.4a          0.4a
則該反應的平衡常數(shù)為：K=$\frac{\frac{0.4a}{V}×\frac{0.4a}{V}}{\frac{0.6a}{V}}$=$\frac{4a}{15V}$，
故答案為：$\frac{4a}{15V}$；
（2）根據(jù)反應方程式可知，該反應中氣體的分子數(shù)增加，則減小壓強后平衡右移，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，苯乙烯產(chǎn)率增加；減小壓強后使乙苯濃度減小，則反應速率減小，
故答案為：該反應分子數(shù)增加，減小壓強使平衡右移，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，苯乙烯產(chǎn)率增加，減小壓強使乙苯濃度減小，反應速率減��；
（3）①圖象分析可知，隨溫度升高，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，說明升溫平衡正向進行，正反應為吸熱反應，AB兩點B點溫度高，平衡正向進行程度大，平衡常數(shù)B點大，K_A＜K_B，
故答案為：＜；
②乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉(zhuǎn)化率越小，據(jù)此分析判斷M的值，M₁＞M₂＞M₃，
故答案為：M₁＞M₂＞M₃；
③催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復催化劑的活性是因為碳和水蒸氣在高溫下反應生成一氧化碳氣體和氫氣，除去表面的積碳，反應的化學方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．

點評 本題考查了化學平衡的計算，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學平衡的計算中的應用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．