Question

【題目】苯乙烯是一種重要的化工原料，可采用乙苯催化脫氫法制備，反應(yīng)如下： (g) (g)+H2(g) △H=+17.6kJ/mol。

(1)從溫度和壓強(qiáng)角度分析提高乙苯平衡轉(zhuǎn)化率可采取的措施有___________。

(2)工業(yè)上，通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1:4)，測得容器總壓和乙苯轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化結(jié)果如圖所示。

①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說明該事實(shí)__________。

平衡常數(shù)Kp=_______kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))

②反應(yīng)速率V=V正-V逆=k正P乙苯-k逆p苯乙烯p氫氣，k正、k逆分別為正逆反應(yīng)速率常數(shù)。計(jì)算a處的______。

(3)CO2氣氛下乙苯催化脫氫可同時(shí)存在圖1兩種途徑：

①b=_______kJ/mol。

②途徑I的反應(yīng)歷程圖所示，下列說法正確的是______________。

a．CO2為氧化劑

b．狀態(tài)1到狀態(tài)2形成了O-H鍵

c．中間產(chǎn)物只有()

d．該催化劑可提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率

③在相同的容器中，不同p(CO2)的條件下，進(jìn)行相同的反應(yīng)時(shí)間，p(CO2)與乙苯轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖，分析，p(CO2)為15kPa時(shí)乙苯轉(zhuǎn)化率最高的因____________________。

Answer 1

【答案】升溫、降壓 乙苯蒸氣中摻混水蒸氣，可以達(dá)到減小乙苯蒸氣分壓的作用，減壓有利于平衡正向移動(dòng)，可以提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率 45 2.5 59.2 a、b p(CO2)壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，乙苯轉(zhuǎn)化率增多，當(dāng)p(CO2)大于15kPa，由于催化劑表面有限，能吸附的乙苯量下降，反應(yīng)速率減慢，乙苯轉(zhuǎn)化率下降

【解析】

（1）(g) (g)+H2(g) △H=+17.6kJ/mol是吸熱反應(yīng)，又是氣體體積增大的反應(yīng)；

（2）氣體體積增大的反應(yīng)，利用減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；根據(jù)反應(yīng)三段式分析計(jì)算；

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，所以計(jì)算；

（3）①由圖片可知b=17.6J/mol+41.6J/mol；

②反應(yīng)過程中CO2轉(zhuǎn)化為CO，C的化合價(jià)降低，被還原；狀態(tài)1到狀態(tài)2過程中在催化劑表面生成了”HO-C=O“和等中間產(chǎn)物；催化劑可加快反應(yīng)速率，但不影響反應(yīng)進(jìn)程；

③由反應(yīng)途徑I圖片可知乙苯催化脫氫被催化劑吸附，在催化劑表面進(jìn)行，隨著CO2壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)速率加快，但壓強(qiáng)過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致催化劑吸附乙苯的機(jī)能降低，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率反而降低。

（1）(g) (g)+H2(g) △H=+17.6kJ/mol是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度和減小壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則提高乙苯平衡轉(zhuǎn)化率可采取的措施有升溫、降壓，故答案為：升溫、降壓；

（2）①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說明該事實(shí)乙苯蒸氣中摻混水蒸氣，可以達(dá)到減小乙苯蒸氣分壓的作用，減壓有利于平衡正向移動(dòng)，可以提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率。

原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1:4，根據(jù)PV=nRT，其它條件相同時(shí)，物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)比，原料氣中P水蒸氣=80Kpa，P乙苯=20Kpa，平衡時(shí)P乙苯=20Kpa（1-75%）=5Kpa，P苯乙烯=20Kpa×75%=15Kpa，P氫氣=20Kpa×75%=15Kpa，平衡常數(shù)Kp==45kPa，故答案為：45；

②反應(yīng)速率V=V正-V逆=k正P乙苯-k逆p苯乙烯p氫氣，k正、k逆分別為正逆反應(yīng)速率常數(shù)，a處的，故答案為：2.5；

（3）①由蓋斯定律可知b=17.6J/mol+41.6J/mol= 59.2kJ/mol，故答案為：59.2；

②a．反應(yīng)過程中CO2轉(zhuǎn)化為CO，C的化合價(jià)降低，被還原，是氧化劑，故a正確；

b．狀態(tài)1到狀態(tài)2過程中在催化劑表面生成了”HO-C=O“等中間產(chǎn)物，形成了O-H鍵，故b正確；

c．狀態(tài)1到狀態(tài)2過程中在催化劑表面生成了”HO-C=O“和等中間產(chǎn)物，故c錯(cuò)誤；

d．催化劑可加快反應(yīng)速率，但不影響反應(yīng)進(jìn)程，故d錯(cuò)誤；

ab正確，故答案為：ab；

③在相同的容器中，不同p(CO2)的條件下，進(jìn)行相同的反應(yīng)時(shí)間，p(CO2)與乙苯轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖3，p(CO2)為15kPa時(shí)乙苯轉(zhuǎn)化率最高的原因：p(CO2)壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，乙苯轉(zhuǎn)化率增多，當(dāng)p(CO2)大于15kPa，由于催化劑表面有限，能吸附的乙苯量下降，反應(yīng)速率減慢，乙苯轉(zhuǎn)化率下降，故答案為：p(CO2)壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，乙苯轉(zhuǎn)化率增多，當(dāng)p(CO2)大于15kPa，由于催化劑表面有限，能吸附的乙苯量下降，反應(yīng)速率減慢，乙苯轉(zhuǎn)化率下降。