Question

【題目】BE是現(xiàn)代有機化工重要的單體之一，工業(yè)上采取乙苯催化脫氫制苯乙烯反應制備：

（1）已知：

化學鍵	C-H	C-C	C=C	H-H
鍵能/	412	348	612	436

計算上述反應的_______。該反應能夠發(fā)生的原因是______

（2）維持體系總壓強p恒定，在溫度T時，物質(zhì)的量為n、體積為V的乙苯蒸汽發(fā)生催化脫氫反應。已知乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為，則在該溫度下反應的平衡常數(shù)K=_______（用a等符號表示）。

（3）工業(yè)上，通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣，控制反應溫度600℃，并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應。在不同反應溫度下，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性（指除了以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)）示意圖如圖所示：

a．摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說明該事實__________。

b．控制反應溫度為的理由是___________

（4）在逆過程苯乙烯加氫制乙苯的操作中，如果氫氣中混有和等雜質(zhì)，會引起催化劑中毒，因此必須除去。在常溫下，可以用銀氨溶液來檢測微量的，其原理與銀鏡反應相似，有銀析出，寫出銀氨溶液與反應的離子方程式________________。

（5）苯乙烯廢氣在工業(yè)上常用電催化氧化處理，原理如圖所示：

寫出陽極電極反應式I為______________

Answer 1

【答案】+124 正反應氣體分子數(shù)增加，水蒸氣起稀釋作用，相當于減壓的效果 600℃，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高 2[Ag(NH3)2]OH＋CO=(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3 H2O－e－=－OH＋H＋

【解析】

（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總能鍵能，由有機物的結(jié)構(gòu)可知，應是-CH2CH3中總鍵能與-CH=CH2、H2總鍵能之差；該反應能夠發(fā)生的原因是△H-T△S<0；

（2）用三行式分析各物質(zhì)的平衡值，再根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=c(苯乙酸)×c(H2)/c(乙苯)計算；

（3）a．保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動；

b．600℃時乙苯的轉(zhuǎn)化率與苯乙烯的選擇性均較高；結(jié)合溫度對乙苯轉(zhuǎn)化率、苯乙烯選擇性、溫度對反應速率與催化劑的影響及消耗能量等，分析控制反應溫度為600℃的理由；

（4）銀氨溶液將CO氧化，生成銀和碳酸根；

（5）由圖I為陽極水失電子被氧化生成羥基和氫離子；

（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總能鍵能，由有機物的結(jié)構(gòu)可知，應是-CH2CH3中總鍵能與-CH=CH2、H2總鍵能之差，故△H=（5×412+348-3×412-612-436）kJ·mol－1=+124kJ·mol－1；

該反應能夠發(fā)生的原因是△H-T△S<0，現(xiàn)△H>0，故△S>0；

（2）物質(zhì)的量為n、體積為V的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氫反應參加反應的乙苯為nα mol，則：

+H2

開始（mol）：n 0 0

轉(zhuǎn)化（mol）：nα nα nα

平衡（mol）：n（1-α） nα nα

維持體系總壓強p恒定，在溫度T時，由PV=nRT可知，混合氣體總濃度不變，設反應后的體積為V′，則

[n(1-α)+nα+nα]/V′=n/V，故V′=（1+α）V，則平衡常數(shù)K=c(苯乙酸)×c(H2)/c(乙苯)，則K= ；

（3）a．正反應為氣體分子數(shù)增大的反應，保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向正反應方向移動，提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，

b．600℃時乙苯的轉(zhuǎn)化率與苯乙烯的選擇性均較高，溫度過低，反應速率較慢，轉(zhuǎn)化率較低，溫度過高，選擇性下降，高溫下可能使催化劑失去活性，且消耗能量較大，故選擇600℃左右；

（4）銀氨溶液將CO氧化，生成銀和碳酸根，銀氨溶液與反應的離子方程式2[Ag(NH3)2]OH＋CO=(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3；

（5）由圖I為陽極水失電子被氧化生成羥基和氫離子：H2O－e－=－OH＋H＋。