Question

【题目】苯乙烯是重要的基础有机化工原料。工业中以乙苯催化脱氢来制取苯乙烯：

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

已知：上述反应的速率方程为v正=k正P乙苯，v逆=k逆P苯乙烯P氢气，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，P为各组分分压。

(1)同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施是_______________。

(2)在CO2气氛下，乙苯可催化脱氢制苯乙烯，其过程同时存在如图两种途径：

a=______；与掺水蒸汽工艺相比，该工艺中还能够发生反应：CO2+H2=CO+H2O，CO2+C=2CO。新工艺的特点有__________(填序号)。

a.CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移

b.不用高温水蒸气，可降低能量消耗

c.有利于减少生产过程中可能产生的积炭

d.CO2在反应体系中作催化剂

(3)在实际生产中，往反应釜中同时通入乙苯和水蒸气，加入水蒸气稀释剂能提高乙苯转化率的原因是_______________。测得容器总压(P总)和乙苯转化率α随时间变化结果如图所示。平衡时，P(H2O)=_______kPa，平衡常数Kp=____kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算)；a处的=_________。

Answer 1

【答案】升温 159.2 abc 体系总压不变时，加入水蒸气，相当于反应体系减压，平衡正向移动，乙苯转化率增大 80 45 2.5

【解析】

(1)结合影响化学反应速率和平衡移动的因素分析判断；

(2)①由图片可知△H1=△H2+△H3，据此计算解答；a.CO2与H2反应，导致氢气浓度减低，结合平衡的移动判断；b.在保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸汽工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；c.结合反应CO2+C═2CO分析判断；d. 根据图示，二氧化碳反应生成了CO，据此分析判断；

(3)根据加入水蒸气对平衡移动的影响分析解答；设起始时n(乙苯)=amol，n(H2O)=bmol，利用反应的三段式计算平衡时气体的总物质的量，结合恒温恒容时，气体的物质的量之比等于压强之比，得到a、b的关系，再计算乙苯、苯乙烯、氢气的分压，并代入Kp=计算Kp；反应速率v=v正-v逆=k正p乙苯=k逆p苯乙烯p氢气，则v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氢气，平衡时v正=v逆，即k正p乙苯=k逆p苯乙烯p氢气，利用反应的三段式计算a点时气体的总物质的量和分压计算。

(1)乙苯催化脱氢反应正向是体积增大的吸热反应，同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施有升温、加压，故答案为：升高温度(或增大压强)；

(2)①由图片可知△H1=△H2+△H3=+117.6kJ/mol+(+41.6kJ/mol)=+159.2kJ/mol，即a=+159.2；a.CO2与H2反应，导致氢气浓度减低，有利于乙苯脱氢反应的化学平衡右移，故a正确；b.由题目信息可知，在保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸汽工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度，消耗的能量减少，故b正确；c.加入的二氧化碳会发生反应CO2+C═2CO，有利于减少积炭，故c正确；d. 根据图示，二氧化碳反应生成了CO，不是催化剂，故d错误；故答案为：+159.2；abc；

(3) 体系总压不变时，加入水蒸气，相当于反应体系减压，平衡正向移动，乙苯转化率增大，因此在实际生产中，往反应釜中同时通入乙苯和水蒸气，能提高乙苯转化率；设起始时n(乙苯)=amol，n(H2O)=bmol，

(g)+H2(g)

起始量(mol) a 00

变化量(mol)0.75a0.75a0.75a

平衡量(mol)0.25a0.75a 0.75a

气体的物质的量之比等于压强之比，平衡时=，b=4a，PH2O=×115kPa=80kPa，PH2=P苯乙烯=×115kPa=15kPa，P乙苯=P苯乙烯=5kPa，所以平衡常数Kp===45kPa；

反应速率v=v正-v逆=k正p乙苯-k逆p苯乙烯p氢气，则v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氢气，平衡时v正=v逆，即k正p乙苯-k逆p苯乙烯p氢气，所以==Kp=45kPa；

(g)+H2(g)

起始量(mol) a 0 0

变化量(mol)0.6a 0.6a 0.6a

平衡量(mol)0.4a 0.6a 0.6a

气体的物质的量之比等于压强之比，a点时PH2=P苯乙烯=×112kPa=12kPa，P乙苯=8kPa，所以=Kp×=45kPa×=2.5，故答案为：体系总压不变时，加入水蒸气，相当于反应体系减压，平衡正向移动，乙苯转化率增大；80；45；2.5。