Question

15．苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料，乙苯催化脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其化学方程式为：（g）$?_{高温（T）}^{Fe_{2}O_{3}}$（g）+H₂（g）△H=+120kJ•mol^-1
（1）升高反应温度，其转化率增大，反应速率增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）等温、等压下，通入惰性气体（如水蒸气）能提高反应的转化率，其原因是体积变大，反应向分子数增加的方向进行．
（3）通入水蒸气可延缓催化剂Fe₂O₃被还原而失活，其原因是Fe₂O₃在H₂氛围下可生成水蒸气，加入水蒸气可促使反应左移（用化学平衡原理解释）．
（4）一定条件下，在体积不变的密闭容器中，反应过程中各物质浓度随时间变化的关系如图所示．在t₁时刻加入H₂，t₂时刻再次达到平衡．回答下列问题：
①物质X为乙苯，判断理由是加入H₂后平衡向左移动，故乙苯浓度增大
②t₂时刻，苯乙烯的浓度为$\frac{{b}^{2}+ab}{2a+b}$mol•L^-1；
③t₁-t₂时间段内，乙苯的反应速率为$\frac{ab}{（2a+b）{（t}_{2}-{t}_{1}）}$mol•L^-1•min^-1．
（5）温度T下，已知H₂和苯乙烯的燃烧热△H分别为-290kJ•mol^-1和-4400kJ•mol^-1，则乙苯的燃烧热△H为-4570kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）升高反应温度，平衡向吸热反应方向移动，任何反应速率均增大；
（2）等温、等压下，通入惰性气体，体积膨胀，相当于减小反应体系的压强，平衡向气体体积缩小的方向移动；
（3）通入水蒸气，Fe₂O₃在H₂氛围下可生成水蒸气，加入水蒸气可促使反应左移即向生成Fe₂O₃的方向移动；
（4）①在t₁时刻加入H₂，根据图象物质X的浓度增加，则物质X为乙苯，因加入H₂后平衡向左移动，故乙苯浓度增大；
②在t₁时刻加入H₂，则温度不变，t₂时刻再次达到平衡与原平衡平衡常数相同，据此利用三段法计算；
③根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（5）根据盖斯定律计算．

解答 解：（1）升高反应温度，平衡向吸热反应方向移动，该反应正向吸热，升高反应温度，平衡正向移动，乙苯转化率增大，升高反应温度任何反应速率均增大，
故答案为：增大；增大；
（2）等温、等压下，通入惰性气体，体积膨胀，相当于减小反应体系的压强，平衡向气体体积缩小的方向即正向移动，提高反应的转化率，
故答案为：体积变大，反应向分子数增加的方向进行；
（3）通入水蒸气，Fe₂O₃在H₂氛围下可生成水蒸气，加入水蒸气可促使反应左移即向生成Fe₂O₃的方向移动，
故答案为：Fe₂O₃ 在 H₂ 氛围下可生成水蒸气，加入水蒸气可促使反应左移；
（4）①在t₁时刻加入H₂，根据图象物质X的浓度增加，则物质X为乙苯，因加入H₂后平衡向左移动，故乙苯浓度增大，
故答案为：乙苯；加入H₂后平衡向左移动，故乙苯浓度增大；
②根据图象t₁时刻平衡时c（乙苯）=amol•L^-1，c（苯乙烯）=bmol•L^-1，
c（氢气）=cmol•L^-1，则该温度下K=$\frac{bc}{a}$；
设t₁时刻加入xmol•L^-1H₂，则根据图象t₂时刻再次达到平衡c（氢气）=2cmol•L^-1，则        
               （g）$?_{高温（T）}^{Fe_{2}O_{3}}$（g）+H₂（g）
t₁（mol•L^-1）         a                           b            c+x
转化浓度（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时刻加入H₂，则温度不变，t₂时刻再次达到平衡与原平衡平衡常数相同，则K=$\frac{bc}{a}$=$\frac{（b-x+c）×2c}{a+x-c}$，则x=$\frac{2ac+bc+ab}{2a+b}$，则t₂时刻，苯乙烯的浓度为b-（x-c）=$\frac{{b}^{2}+ab}{2a+b}$mol•L^-1，
故答案为：$\frac{{b}^{2}+ab}{2a+b}$；
③由②分析t₁-t₂时间段内，乙苯转化浓度为x-c=$\frac{ab}{2a+b}$mol•L^-1，则反应速率为v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{ab}{（2a+b）{（t}_{2}-{t}_{1}）}$mol•L^-1，
故答案为：$\frac{ab}{（2a+b）{（t}_{2}-{t}_{1}）}$；
（5）根据盖斯定律乙苯的燃烧热△H=-290kJ•mol^-1 +（-4400kJ•mol^-1）+（+120kJ•mol^-1）=-4570kJ•mol^-1，
故答案为：-4570．

点评 本题主要考查外界条件对反应速率及平衡移动的影响，及根据图象计算化学反应速率和利用盖斯定律计算反应热，题目难度中等．