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化率，可采取的措施有______

(2)實際生產中往剛性容器中同時通入乙苯和水蒸氣，測得容器總壓和乙苯轉化率隨時間變化結果如圖所示。

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

②反應速率V=V正-V逆=k正P乙苯-k逆p苯乙烯p氫氣，k正、k逆分別為正逆反應速率常數。計算a處的______。

(3)O2氣氛下乙苯催化脫氫同可時存在以下兩種途徑：

①a=________。

②途徑I的反應歷程如圖所示，下列說法正確的是_____

a.CO2為氧化劑 b.狀態1到狀態2形成了O-H鍵

c.中間產物只有() d.該催化劑可提高乙苯的平衡轉化率

③pCO2與乙苯平衡轉化率關系如圖分析，pCO2為15kPa時乙苯平衡轉化率最高的原因______。

Answer 1

【答案】升溫、降壓、及時移去產物 80 45 2.5 159.2 a、b 當p(CO2)<15kPa，隨著CO2壓強增大，反應物濃度增大，促進平衡向右移動；當p(CO2)>15kPa，過多的CO2會造成催化劑表面乙苯的吸附下降

【解析】

(1)根據該反應的正反應為氣體體積擴大的吸熱反應，用平衡移動原理分析解答；

(2)①先根據壓強增大數值計算反應的乙苯，然后根據乙苯的轉化率計算混合氣體中乙苯的含量，進而可得出水蒸氣的含量，將各組分物質的量帶入平衡常數表達式可得Kp；

②根據平衡時V正=V逆計算出，再根據a點時反應混合物中個組分的物質的量帶入速率公式及可得到相應的數值；

(3)①根據蓋斯定律計算；②結合反應歷程及化學平衡移動原理分析；③根據CO2是反應物，結合反應物的濃度對化學平衡移動的影響及CO2在催化劑表面的吸附作用分析判斷。

(1)根據該反應的正反應為氣體體積擴大的吸熱反應，根據平衡移動原理可知：要提高乙苯的轉化率，可采取的措施為升高溫度、降低壓強及時移去產物等方式；

(2)反應開始總壓強為100，反應達到平衡時增大為115，增大了15，說明乙苯反應了15，由于乙苯的轉化率為75，因此反應開始時乙苯的含量為15÷0.75=20，故H2O蒸氣占80；

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

②可逆反應(g)(g)+H2(g)達到平衡時，正反應與逆反應速率相等，此時乙苯為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點時壓強為112，則說明此時乙苯為8，苯乙烯、氫氣為12，所以===45×=2.5；

(3)①反應過程中能量變化與反應途徑無關，只與物質的始態和終態有關，根據圖示可知反應熱a=117.6kJ/mol+41.6kJ/mol=+159.2kJ/mol；

②a.CO2與乙苯反應后變為CO，C元素化合價降低，C獲得電子，因此CO2為氧化劑,a正確；

b.根據圖示可知由狀態1到狀態2形成了O-H鍵，b正確；

c.由反應歷程可知中間產物除了()，還有，c錯誤；

d.催化劑對化學平衡移動無影響，因此不能改變乙苯的轉化率，d錯誤；

故合理選項是ab；

③乙苯與CO2發生可逆反應產生苯乙烯、H2O、CO，在p(CO2)<15kPa，隨著CO2壓強增大，反應物濃度增大，促進平衡向右移動；當p(CO2)>15kPa，過多的CO2吸附在催化劑表面，會造成催化劑表面乙苯的吸附下降，又導致其轉化率降低。