Question

工業上采用乙苯與CO₂脫氫生產重要化工原料苯乙烯
其中乙苯在CO₂氣氛中的反應可分兩步進行
A
B

（1）上述乙苯與CO₂反應的反應熱△H為

-166KJ/mol

（2）①乙苯與CO₂反應的平衡常數表達式為：K=

c(C6H5CH=CH2)?c(CO)?c(H2O)

c(C6H5CH2CH3)c(CO2)

②乙苯與CO₂在固定體積的容器中反應下列敘述不能說明已達到平衡狀態的是

acd

a．體系的密度不再改變      b．體系的壓強不再改變   c．c（CO₂）=c（CO）
d．消耗1molCO₂同時生成1molH₂O      e．CO₂的體積分數保持不變
（3）在3L密閉容器內，乙苯與CO₂的反應在三種不同的條件下進行實驗，乙苯、CO₂的起始濃度分別為
1.0mol/L和3.0mol/L，其中實驗I在T1℃，0.3MPa，而實驗II、III分別改變了實驗其他條件；乙苯的濃度隨時間的變化如圖I所示．

①實驗I乙苯在0-50min時的反應速率為

0.012mol/（L?min）

②實驗Ⅱ可能改變條件的是

加催化劑

③圖II是實驗I中苯乙烯體積分數V%隨時間t的變化曲線，請在圖II中補畫實驗Ⅲ中苯乙烯體積分數V%隨時間t的變化曲線．
（4）若實驗I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，乙苯的轉化率將

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”），計算此時平衡常數為

0.225

．

Answer 1

分析：（1）根據蓋斯定律結合熱化學方程式分析；
（2）①平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，結合方程式分析；
②根據化學平衡狀態的特征解答，當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆速率之比等于化學計量數之比（不同物質），各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化；
（3）①根據圖I中乙苯的濃度變化，求出反應速率；
②根據圖I中實驗Ⅱ改變條件平衡不移動，反應速率增大；
③實驗Ⅲ中改變條件，由圖I可知乙苯的濃度增大，平衡逆移，所以苯乙烯體積分數V%隨時間t增大而減小；
（4）根據加入乙苯引起的濃度增大量與平衡移動引起的濃度減小量的相對關系分析；若實驗I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，因為溫度不變，則K不變，根據圖I中數據求出K的值．

解答：解：（1）方程A+方程B得到：，所以該反應的反應熱為：△H=△H₁+△H₂=-125-41=-166KJ/mol，
故答案為：-166KJ/mol；
（2）①乙苯與CO₂反應的平衡常數表達式為：K=

c(C6H5CH=CH2)?c(CO)?c(H2O)

c(C6H5CH2CH3)c(CO2)

，故答案為：

c(C6H5CH=CH2)?c(CO)?c(H2O)

c(C6H5CH2CH3)c(CO2)

；
②a．反應前后體積不變，質量守恒，所以體系的密度始終不變，故不能用密度判斷平衡，故a錯誤；
b．反應前后氣體的體積不等，所以體系的壓強改變，當壓強不再變化即是平衡狀態，故b正確；
c．c（CO₂）與c（CO）的濃度是否相等，與反應的起始量和轉化率有關，所以當c（CO₂）=c（CO）時，不能說明已經達到平衡狀態，故c錯誤；
d．消耗1molCO₂為正速率，同時生成1molH₂O也是正速率，都是正速率，二者始終相等，不能說明已經達到平衡狀態，故d錯誤；
e．隨著反應的進行CO₂的體積分數逐漸減小，當CO₂的體積分數保持不變，即是平衡狀態，故e正確；
所以不能說明已達到平衡狀態的是acd，故答案為：acd；
（3）①根據圖I中可知，0-50min時乙苯的濃度變化為1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，則其反應速率為

△c

t

=

0.6mol/L

50min

=0.012mol/（L?min）；
故答案為：0.012mol/（L?min）；
②根據圖I中實驗Ⅱ改變條件平衡不移動，而反應速率增大，所以改變的條件是加催化劑，故答案為：加催化劑；
③實驗Ⅲ中改變條件，由圖I可知乙苯的濃度增大，平衡逆移，所以苯乙烯體積分數V%隨時間t增大而減小，其圖形為：；
故答案為：；
（4）若實驗I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，平衡正移，由于二氧化碳的初始濃度沒變，平衡移動引起的乙苯的濃度的減小量小于加入的乙苯引起的濃度增加量，所以乙苯的轉化率減小；
 根據圖I中實驗1可知，0-50min時乙苯的濃度變化為1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L        
                   C₆H₅CH₂CH₃ +CO₂ ?C₆H₅CH=CH₂ +CO+H₂O
起始濃度（mol/L）：1.0         3.0        0      0      0
反應濃度（mol/L）：0.6         0.6      0.6     0.6    0.6
平衡濃度（mol/L）：0.4         2.4      0.6     0.6    0.6  
則K=

0.6×0.6×0.6

0.4×2.4

=0.225，
故答案為：減小；0.225．

點評：本題綜合性較大，涉及化學平衡狀態的判斷、化學平衡常數、化學平衡影響因素、反應速率的計算等，注意（4）中平衡常數的計算依據圖I中的實驗1分析計算，題目難度較大．