Question

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．

Answer 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．