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15.苯乙烯是生產塑料和合成橡膠的重要基本有機原料,乙苯催化脫氫法是目前國內外生產苯乙烯的主要方法,其化學方程式為:(g)$?_{高溫(T)}^{Fe_{2}O_{3}}$(g)+H2(g)△H=+120kJ•mol-1
(1)升高反應溫度,其轉化率增大,反應速率增大(填“增大”、“減小”或“不變”).
(2)等溫、等壓下,通入惰性氣體(如水蒸氣)能提高反應的轉化率,其原因是體積變大,反應向分子數增加的方向進行.
(3)通入水蒸氣可延緩催化劑Fe2O3被還原而失活,其原因是Fe2O3在H2氛圍下可生成水蒸氣,加入水蒸氣可促使反應左移(用化學平衡原理解釋).
(4)一定條件下,在體積不變的密閉容器中,反應過程中各物質濃度隨時間變化的關系如圖所示.在t1時刻加入H2,t2時刻再次達到平衡.回答下列問題:
①物質X為乙苯,判斷理由是加入H2后平衡向左移動,故乙苯濃度增大
②t2時刻,苯乙烯的濃度為$\frac{^{2}+ab}{2a+b}$mol•L-1;
③t1-t2時間段內,乙苯的反應速率為$\frac{ab}{(2a+b){(t}_{2}-{t}_{1})}$mol•L-1•min-1
(5)溫度T下,已知H2和苯乙烯的燃燒熱△H分別為-290kJ•mol-1和-4400kJ•mol-1,則乙苯的燃燒熱△H為-4570kJ•mol-1

分析 (1)升高反應溫度,平衡向吸熱反應方向移動,任何反應速率均增大;
(2)等溫、等壓下,通入惰性氣體,體積膨脹,相當于減小反應體系的壓強,平衡向氣體體積縮小的方向移動;
(3)通入水蒸氣,Fe2O3在H2氛圍下可生成水蒸氣,加入水蒸氣可促使反應左移即向生成Fe2O3的方向移動;
(4)①在t1時刻加入H2,根據圖象物質X的濃度增加,則物質X為乙苯,因加入H2后平衡向左移動,故乙苯濃度增大;
②在t1時刻加入H2,則溫度不變,t2時刻再次達到平衡與原平衡平衡常數相同,據此利用三段法計算;
③根據v=$\frac{△c}{△t}$計算;
(5)根據蓋斯定律計算.

解答 解:(1)升高反應溫度,平衡向吸熱反應方向移動,該反應正向吸熱,升高反應溫度,平衡正向移動,乙苯轉化率增大,升高反應溫度任何反應速率均增大,
故答案為:增大;增大;
(2)等溫、等壓下,通入惰性氣體,體積膨脹,相當于減小反應體系的壓強,平衡向氣體體積縮小的方向即正向移動,提高反應的轉化率,
故答案為:體積變大,反應向分子數增加的方向進行;
(3)通入水蒸氣,Fe2O3在H2氛圍下可生成水蒸氣,加入水蒸氣可促使反應左移即向生成Fe2O3的方向移動,
故答案為:Fe2O3 在 H2 氛圍下可生成水蒸氣,加入水蒸氣可促使反應左移;
(4)①在t1時刻加入H2,根據圖象物質X的濃度增加,則物質X為乙苯,因加入H2后平衡向左移動,故乙苯濃度增大,
故答案為:乙苯;加入H2后平衡向左移動,故乙苯濃度增大;
②根據圖象t1時刻平衡時c(乙苯)=amol•L-1,c(苯乙烯)=bmol•L-1,
c(氫氣)=cmol•L-1,則該溫度下K=$\frac{bc}{a}$;
設t1時刻加入xmol•L-1H2,則根據圖象t2時刻再次達到平衡c(氫氣)=2cmol•L-1,則        
               (g)$?_{高溫(T)}^{Fe_{2}O_{3}}$(g)+H2(g)
t1(mol•L-1)         a                           b            c+x
轉化濃度(mol•L-1)   x-c                         x-c        c+x-2c=x-c
t2(mol•L-1)        a+(x-c)                   b-(x-c)     2c
在t1時刻加入H2,則溫度不變,t2時刻再次達到平衡與原平衡平衡常數相同,則K=$\frac{bc}{a}$=$\frac{(b-x+c)×2c}{a+x-c}$,則x=$\frac{2ac+bc+ab}{2a+b}$,則t2時刻,苯乙烯的濃度為b-(x-c)=$\frac{^{2}+ab}{2a+b}$mol•L-1
故答案為:$\frac{^{2}+ab}{2a+b}$;
③由②分析t1-t2時間段內,乙苯轉化濃度為x-c=$\frac{ab}{2a+b}$mol•L-1,則反應速率為v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{ab}{(2a+b){(t}_{2}-{t}_{1})}$mol•L-1
故答案為:$\frac{ab}{(2a+b){(t}_{2}-{t}_{1})}$;
(5)根據蓋斯定律乙苯的燃燒熱△H=-290kJ•mol-1 +(-4400kJ•mol-1)+(+120kJ•mol-1)=-4570kJ•mol-1,
故答案為:-4570.

點評 本題主要考查外界條件對反應速率及平衡移動的影響,及根據圖象計算化學反應速率和利用蓋斯定律計算反應熱,題目難度中等.

練習冊系列答案
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5.用AZX表示原子,N表示中子數
(1)陽離子的中子數:AXn+共有X個電子,則N=A-x-n.
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6.下列敘述正確的是( 。
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(3)根據價鍵理論,預測A的可能結構并寫出結構簡式CH3OCH3;CH3CH2OH
(二)結構式的確定
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