Question

【题目】苯乙烯是重要的化工原料。以乙苯(C6H5—CH2CH3)为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯(C6H5—CH=CH2)，反应方程式为：C6H5—CH2CH3(g)C6H5—CH=CH2(g)+H2(g) ΔH=+117.6 kJ·mo1-1

回答下列问题：

（1）已知：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mo1-1

C6H5—CH2CH3(g)+21/2O2(g)=8CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-4607.1 kJ·mo1-1

则C6H5—CH=CH2(g)+10O2(g)= 8CO2(g)+4H2O(l) ΔH=_____________。

（2）工业上，在恒压设备中进行上述反应制取苯乙烯，常在乙苯蒸气中通入大量水蒸气。请用化学平衡理论解释通入大量水蒸气的原因_________________________________________。

（3）已知T℃下，将amol乙苯蒸气通入到体积为VL的密闭容器中进行上述反应，反应时间与容器内的总压强数据如下表：

时间t/min	0	10	20	30	40
总压强p/1000kPa	1.0	1.3	1.45	1.5	1.5

①由表中数据计算0~10 min内v(C6H5—CH2CH3)=________________。（用含a、V 的式子表示）

②该反应平衡时乙苯的转化率为_________________________。

（4）苯乙烯与溴化氢发生的加成反应产物有两种，其反应方程式如下：

i.C6H5—CH=CH2(g)+HBr(g)C6H5—CH2CH2Br (g)

ii.C6H5—CH=CH2(g)+HBr(g)C6H5—CHBrCH3(g)

600℃时，向3L 恒容密闭容器中充入1.2 mol C6H5—CH=CH2(g)和1.2 mol HBr(g)发生反应，达到平衡时C6H5—CH2CH2Br (g)和C6H5—CHBrCH3(g)的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线如图所示。

①600℃时，反应ii 的化学平衡常数K ii=__________________。

②反应平衡后，若保持其它条件不变，向该容器中再充入1mol C6H5—CH2CH2Br (g)，则反应ii 将_________(“正向”、“逆向”或“不”)移动。

③在恒温恒容的密闭容器中，苯乙烯与溴化氢发生i、ii两个加成反应，判断反应已达到平衡状态的是______。

A.容器内的密度不再改变

B.C6H5—CH2CH2Br (g)的生成速率与C6H5—CHBrCH3 (g)分解速率相等

C.反应器中压强不再随时间变化而变化

D.混合气体的平均相对分子质量保持不变

Answer 1

【答案】 －4438.9 kJmol－1 该反应是气体分子数增大的可逆反应，恒压通入水蒸气，总压不变，体积增大，反应体系分压减小，平衡正移，苯乙烯产量提高 (0.03a/V) molL-1min-1 50% 20 正向 CD

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，外界条件对化学平衡的影响，化学反应速率和化学平衡的计算，图像分析，化学平衡的标志。

（1）将反应编号，

C6H5—CH2CH3（g）C6H5—CH=CH2（g）+H2（g）ΔH=+117.6 kJ·mo1-1 （①式）

H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l） ΔH=-285.8 kJ·mo1-1（②式）

C6H5—CH2CH3（g）+21/2O2（g）=8CO2（g）+5H2O（l） ΔH=-4607.1 kJ·mo1-1（③式）

应用盖斯定律，将③式-①式-②式得，C6H5—CH=CH2（g）+10O2（g）= 8CO2（g）+4H2O（l） ΔH=（-4607.1kJ/mol）-（+117.6kJ/mol）-（-285.8kJ/mol）=-4438.9kJ/mol。

（2）通入大量水蒸气的原因是：该反应的正反应是气体分子数增大的可逆反应，恒压设备中通入水蒸气，压强不变，容器的体积增大，反应体系的分压减小，平衡向正反应方向移动，提高苯乙烯的产量。

（3）①用三段式，设0~10min内转化乙苯物质的量为x

C6H5—CH2CH3（g）C6H5—CH=CH2（g）+H2（g）

n（起始）（mol） a 0 0

n（转化）（mol） x x x

n（10min末）（mol） a-x x x

10min时容器内总压强与起始总压强之比为1.3：1，（a-x+x+x）：a=1.3:1，x=0.3amol，0~10min内υ（C6H5—CH2CH3）==（0.03a/V）mol/（L·min）。

②用三段式，设起始到平衡转化乙苯物质的量为y

C6H5—CH2CH3（g）C6H5—CH=CH2（g）+H2（g）

n（起始）（mol） a 0 0

n（转化）（mol） y y y

n（平衡）（mol） a-y y y

30min和40min时总压强相等，说明平衡时容器内总压强与起始总压强之比为1.5:1，（a-y+y+y）：a=1.5:1，y=0.5amol，反应平衡时乙苯的转化率为100%=50%。

（4）①由图像可知平衡时C6H5—CH2CH2Br物质的量为0.3mol，反应i转化C6H5—CH=CH2、HBr物质的量都为0.3mol；C6H5—CHBrCH3平衡物质的量为0.6mol，反应ii转化C6H5—CH=CH2、HBr物质的量都为0.6mol；则平衡时体系中C6H5—CH=CH2物质的量为1.2mol-0.3mol-0.6mol=0.3mol，HBr物质的量为1.2mol-0.3mol-0.6mol=0.3mol；反应ii的化学平衡常数Kii===20。

②反应平衡后，保持其他条件不变，向该容器中再充入1molC6H5—CH2CH2Br（g），反应i向逆反应方向移动，C6H5—CH=CH2、HBr物质的量浓度增大；由于反应ii的反应物浓度增大，反应ii将正向移动。

③A，反应i、反应ii中所有物质都呈气态，气体的总质量始终不变，容器为恒温恒容容器，气体的密度始终不变，容器内的密度不再改变不能说明反应达到平衡状态；B，C6H5—CH2CH2Br（g）的生成速率与C6H5—CHBrCH3（g）分解速率相等，表明反应i的正反应速率和反应ii的逆反应速率相等，不是同一反应的正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡状态；C，反应i、反应ii的正反应都是气体分子数减小的反应，建立平衡过程中混合气体分子物质的量减小，恒温恒容容器中，反应器中压强减小，平衡时混合气体分子物质的量不变，反应器中压强不变，反应器中压强不再随时间变化而变化能说明反应达到平衡状态；D，反应i、反应ii中所有物质都呈气态，气体的总质量始终不变，反应i、反应ii的正反应都是气体分子数减小的反应，建立平衡过程中混合气体分子物质的量减小，混合气体的平均摩尔质量增大，平均相对分子质量增大，平衡时混合气体分子物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量不变，混合气体的平均相对分子质量保持不变能说明反应达到平衡状态；能说明反应达到平衡状态的是C、D，答案选CD。