Question

【題目】苯乙烯是重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料。工業(yè)中以乙苯催化脫氫來制取苯乙烯：

(g)(g)+H2(g) H=117.6kJ/mol

已知：上述反應(yīng)的速率方程為v正=k正P乙苯，v逆=k逆P苯乙烯P氫氣，其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，P為各組分分壓。

(1)同時(shí)增大乙苯的反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率所采取的措施是_______________。

(2)在CO2氣氛下，乙苯可催化脫氫制苯乙烯，其過程同時(shí)存在如圖兩種途徑：

a=______；與摻水蒸汽工藝相比，該工藝中還能夠發(fā)生反應(yīng)：CO2+H2=CO+H2O，CO2+C=2CO。新工藝的特點(diǎn)有__________(填序號)。

a.CO2與H2反應(yīng)，使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移

b.不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗

c.有利于減少生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的積炭

d.CO2在反應(yīng)體系中作催化劑

(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，往反應(yīng)釜中同時(shí)通入乙苯和水蒸氣，加入水蒸氣稀釋劑能提高乙苯轉(zhuǎn)化率的原因是_______________。測得容器總壓(P總)和乙苯轉(zhuǎn)化率α隨時(shí)間變化結(jié)果如圖所示。平衡時(shí)，P(H2O)=_______kPa，平衡常數(shù)Kp=____kPa(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)；a處的=_________。

Answer 1

【答案】升溫 159.2 abc 體系總壓不變時(shí)，加入水蒸氣，相當(dāng)于反應(yīng)體系減壓，平衡正向移動，乙苯轉(zhuǎn)化率增大 80 45 2.5

【解析】

(1)結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動的因素分析判斷；

(2)①由圖片可知△H1=△H2+△H3，據(jù)此計(jì)算解答；a.CO2與H2反應(yīng)，導(dǎo)致氫氣濃度減低，結(jié)合平衡的移動判斷；b.在保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸汽工藝相比，在相同的生產(chǎn)效率下，可降低操作溫度；c.結(jié)合反應(yīng)CO2+C═2CO分析判斷；d. 根據(jù)圖示，二氧化碳反應(yīng)生成了CO，據(jù)此分析判斷；

(3)根據(jù)加入水蒸氣對平衡移動的影響分析解答；設(shè)起始時(shí)n(乙苯)=amol，n(H2O)=bmol，利用反應(yīng)的三段式計(jì)算平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量，結(jié)合恒溫恒容時(shí)，氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，得到a、b的關(guān)系，再計(jì)算乙苯、苯乙烯、氫氣的分壓，并代入Kp=計(jì)算Kp；反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正p乙苯=k逆p苯乙烯p氫氣，則v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氫氣，平衡時(shí)v正=v逆，即k正p乙苯=k逆p苯乙烯p氫氣，利用反應(yīng)的三段式計(jì)算a點(diǎn)時(shí)氣體的總物質(zhì)的量和分壓計(jì)算。

(1)乙苯催化脫氫反應(yīng)正向是體積增大的吸熱反應(yīng)，同時(shí)增大乙苯的反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率所采取的措施有升溫、加壓，故答案為：升高溫度(或增大壓強(qiáng))；

(2)①由圖片可知△H1=△H2+△H3=+117.6kJ/mol+(+41.6kJ/mol)=+159.2kJ/mol，即a=+159.2；a.CO2與H2反應(yīng)，導(dǎo)致氫氣濃度減低，有利于乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移，故a正確；b.由題目信息可知，在保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸汽工藝相比，在相同的生產(chǎn)效率下，可降低操作溫度，消耗的能量減少，故b正確；c.加入的二氧化碳會發(fā)生反應(yīng)CO2+C═2CO，有利于減少積炭，故c正確；d. 根據(jù)圖示，二氧化碳反應(yīng)生成了CO，不是催化劑，故d錯(cuò)誤；故答案為：+159.2；abc；

(3) 體系總壓不變時(shí)，加入水蒸氣，相當(dāng)于反應(yīng)體系減壓，平衡正向移動，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，往反應(yīng)釜中同時(shí)通入乙苯和水蒸氣，能提高乙苯轉(zhuǎn)化率；設(shè)起始時(shí)n(乙苯)=amol，n(H2O)=bmol，

(g)+H2(g)

起始量(mol) a 00

變化量(mol)0.75a0.75a0.75a

平衡量(mol)0.25a0.75a 0.75a

氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，平衡時(shí)=，b=4a，PH2O=×115kPa=80kPa，PH2=P苯乙烯=×115kPa=15kPa，P乙苯=P苯乙烯=5kPa，所以平衡常數(shù)Kp===45kPa；

反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正p乙苯-k逆p苯乙烯p氫氣，則v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氫氣，平衡時(shí)v正=v逆，即k正p乙苯-k逆p苯乙烯p氫氣，所以==Kp=45kPa；

(g)+H2(g)

起始量(mol) a 0 0

變化量(mol)0.6a 0.6a 0.6a

平衡量(mol)0.4a 0.6a 0.6a

氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，a點(diǎn)時(shí)PH2=P苯乙烯=×112kPa=12kPa，P乙苯=8kPa，所以=Kp×=45kPa×=2.5，故答案為：體系總壓不變時(shí)，加入水蒸氣，相當(dāng)于反應(yīng)體系減壓，平衡正向移動，乙苯轉(zhuǎn)化率增大；80；45；2.5。