Question

（12分）苯乙烯是重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料。工業(yè)中以乙苯（C6H5-CH2CH3）為原料，采用催化脫氫的方法制取苯乙烯（C6H5-CH= CH2）的反應(yīng)方程式為：

C6H5-CH2CH3 (g)C6H5-CH=CH2 (g) +H2(g) ΔH1=+125kJ?mol﹣1

（1）向體積為VL的密閉容器中充入a mol乙苯，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，平衡體系組成（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）與溫度的關(guān)系如圖所示：

600℃時(shí)，由上圖可知：

①氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為 。

②此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù) 。

（2）分析上述平衡體系組成與溫度的關(guān)系圖：

當(dāng)溫度高于970℃，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，其原因可能是 。

（3）實(shí)際生產(chǎn)中常以高溫水蒸氣作為反應(yīng)體系的稀釋劑（稀釋劑不參加反應(yīng)）。C6H5C2H5的平衡轉(zhuǎn)化率與水蒸氣的用量、體系總壓強(qiáng)關(guān)系如下圖。

加入稀釋劑能影響C6H5C2H5平衡轉(zhuǎn)化率的原因是：______________________________。

（4）某些工藝中，在反應(yīng)的中途加入O2和特定的催化劑，有利于提高C6H5C2H5的平衡轉(zhuǎn)化率。試解釋其原因______________________________________________。

（5）已知某溫度下，當(dāng)壓強(qiáng)為101.3kPa時(shí)，該反應(yīng)中乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為30%；在相同溫度下，若反應(yīng)體系中加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率 30%

（6）乙苯在特定催化劑下發(fā)生氧化脫氫：

C6H5-CH2CH3 (g)+ 1/2O2(g)C6H5-CH=CH2 (g) +H2 O (g) ΔH

已知 H2的燃燒熱ΔH為-285.8KJ/mol，水的汽化熱為2441.12焦耳/克，則 ΔH= 。

Answer 1

（1）①25%②a/6V（2）剩余的乙苯脫氫炭化（3）總壓不變時(shí)，加入稀釋劑，參與反應(yīng)的各物質(zhì)濃度同等程度減小，濃度商的計(jì)算結(jié)果小于平衡常數(shù)K，故平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，C6H5C2H5的平衡轉(zhuǎn)化率增大。（4） 因?yàn)樵诟邷叵�，O2將反應(yīng)中生成的H2消耗掉，減小了H2的濃度，同時(shí)該反應(yīng)放出的熱量使體系穩(wěn)定升高，這兩種因素均使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。（5）>（6） -116.8 KJ/mol

【解析】

試題分析：（1）①?gòu)膱D中可判斷乙苯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是50%，設(shè)消耗乙苯xmol,則生成苯乙烯和氫氣各xmol,所以余(a-x)mol乙苯，則(a-x)mol/(a-x)mol+2xmol=0.5，解得x=1/3amol,所以氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是1/3a/(a+1/3a)×100%=25%；②平衡常數(shù)大等于平衡時(shí)生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，首先計(jì)算三種物質(zhì)的平衡濃度，由①分析得平衡時(shí)乙苯的物質(zhì)的量是a-1/3a=2/3a,苯乙烯、氫氣的物質(zhì)的量都是1/3a,容器體積為VL，所以K=（ a/3V? a/3V）/ （2a/3V） = a/6V，計(jì)算過(guò)程如下（三段式法）

C6 H5- CH2 CH3 (g) C6 H5- CH=CH2 (g) + H2(g)

起始濃度/( mol?L-1) ： a/V 0 0

變化濃度/( mol?L-1) ： a/3V a/3V a/3V

平衡濃度/( mol?L-1) ： 2a/3V a/3V a/3V

K =（ a/3V×a/3V）/ （2a/3V） = a/6V

（2）苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，其原因可能是剩余的乙苯脫氫炭化

（3）總壓不變時(shí)，加入稀釋劑，參與反應(yīng)的各物質(zhì)濃度同等程度減小，濃度商的計(jì)算結(jié)果小于平衡常數(shù)K，故平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，C6H5C2H5的平衡轉(zhuǎn)化率增大。

（4）因?yàn)樵诟邷叵�，O2將反應(yīng)中生成的H2消耗掉，減小了H2的濃度，同時(shí)該反應(yīng)放出的熱量使體系穩(wěn)定升高，這兩種因素均使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

（5）溫度不變，加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則容器體積增大，相當(dāng)于給反應(yīng)體系降低壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以再次平衡時(shí)乙苯的轉(zhuǎn)化率>30%

（6）根據(jù)H2的燃燒熱ΔH為-285.8KJ/mol，水的汽化熱為2441.12焦耳/克計(jì)算可知：ΔH= -116.8 KJ/mol

考點(diǎn)：考查對(duì)圖像的分析，混合體系中組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的計(jì)算、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算，平衡的移動(dòng)的判斷，蓋斯定律的應(yīng)用