Question

【題目】苯乙烯是制備聚苯乙烯的單體。工業(yè)上，利用乙苯催化脫氫制取苯乙烯的反應(yīng)：

(g)+CO2（g）（g）+CO(g)+ H2O（g） △H

（1）已知CO分子中化學(xué)鍵為C≡O。相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

利用上表數(shù)據(jù)估算△H為___________。

（2）在三個(gè)體積相同的恒容密閉容器中充入CO2和乙苯蒸氣發(fā)生上述反應(yīng)，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

①T1______T2（填“＞”“＜”或“＝”，下同），a___________2.0。

②T1K時(shí)，容器I中平衡混合氣體中苯乙烯體積分?jǐn)?shù)為___________，假設(shè)容器I中起始壓強(qiáng)為p0，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝___________。[氣體分壓（p分）＝氣體總壓（p總）×氣體體積分?jǐn)?shù)]

（3）一定溫度下，在某催化劑作用下發(fā)生上述反應(yīng)，其反應(yīng)歷程如下：

①由原料到狀態(tài)I__________（填“放出”或“吸收”）能量，判斷依據(jù)是_______。

②如果其他條件不變，再通入CO2，如圖所示的四幅圖像中，符合乙苯平衡轉(zhuǎn)化率與p（CO2）的關(guān)系的是___________。（填選項(xiàng)）

Answer 1

【答案】+164 kJ/mol ＞ ＜ 20% 0.25p0 MPa 吸收 斷裂C-H鍵需要吸收較多能量 B

【解析】

根據(jù)反應(yīng)物鍵能總和與生成物鍵能總和的差值計(jì)算反應(yīng)熱；根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)的方向判斷反應(yīng)溫度的大小；利用反應(yīng)前后氣體的變化量和壓強(qiáng)變化量計(jì)算平衡常數(shù)；根據(jù)圖示的反應(yīng)過程判斷反應(yīng)是吸熱還是放熱；根據(jù)圖示反應(yīng)過程判斷轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的轉(zhuǎn)化趨勢。

(1)反應(yīng)的△H可以利用鍵能大小計(jì)算，利用反應(yīng)物的鍵能總和減去生成物的鍵能總和即可得到反應(yīng)的△H，當(dāng)計(jì)算結(jié)果為正值時(shí)為吸熱反應(yīng)，反之則為放熱反應(yīng)；在本反應(yīng)中由于苯基在反應(yīng)前后不變，因此苯基的能量在反應(yīng)前后相同，只需要計(jì)算乙基和二氧化碳反應(yīng)變成乙烯基、一氧化碳和水的鍵能變化差值即可，即反應(yīng)熱=(348+5×413+2×803) kJ/mol -(615+3×413+1075+2×463) kJ/mol =+164 kJ/mol；

(2)①上述反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向左移動(dòng)，苯乙烯的量減小，故T2小于T1；該反應(yīng)正向是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，I到Ⅲ相當(dāng)于加壓，平衡向左移動(dòng)，苯乙烯的量小于2.0；

②平衡時(shí)苯乙烯為1 mol，則

平衡時(shí)，苯乙烯占體積分?jǐn)?shù)為20%；

平衡后壓強(qiáng)為×p0=1.25p0MPa，Kp==0.25p0MPa；

(3) ①原料到狀態(tài)Ⅰ，斷裂C-H鍵，需要吸收能量；

②一定范圍內(nèi)，p(CO2)越大，說明在原料中CO2的配比越高，則乙苯平衡轉(zhuǎn)化率越高；二者首先吸附在催化劑表面上，當(dāng)CO2在催化劑表面吸附率過高時(shí)，會(huì)造成乙苯在催化劑表面的吸附率下降，使乙苯平衡轉(zhuǎn)化率隨著p(CO2）增大而減小，圖像B符合實(shí)際。