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，反應如下：(g)(g)+H2(g) ΔH = +117.6kJ·mol-1

(1)往剛性恒容容器中同時通入乙苯和水蒸氣，測得容器總壓和乙苯轉化率隨時間變化結果如圖所示。

①平衡時，p(H2O)=_________，平衡常數(shù)Kp=_________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，請列式計算)

②下列說法正確的是_________

A．當混合氣體的平均相對分子質量不再改變，反應達到平衡狀態(tài)

B．增加通入水蒸氣的量，有利于乙苯轉化率的高

C．若將該反應置于恒壓容器中反應，其他起始條件相同，乙苯的轉化率將減小

D．僅往該剛性恒容容器中通入和上述等量的乙苯，其他條件相同，平衡時氫氣的分壓不變

(2)CO2氣氛下乙苯催化脫氫可同時存在以下兩種途徑：

①請畫出途徑1的能量和反應過程的圖像，并作適當標注______________

②途徑I的反應歷程如圖所示，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化率

③剛性容器中，在催化劑作用下，一定時間內(nèi)p(CO2)與乙苯轉化率關系如圖分析，則p(CO2)為15kPa時，乙苯轉化率最高的可能原因_________

Answer 1

【答案】80kPa 45 AD AB 一定時間內(nèi)，低于15 kPa時，二氧化碳分壓低，反應速率慢，所以乙苯轉化率低，高于15 kPa時，二氧化碳分壓高，過多的占據(jù)了催化劑表面，阻礙了乙苯的吸附，導致反應速率減慢

【解析】

(1)①由圖可知，起始時容器的總壓強為100 kPa，平衡時，總壓強為115 kPa，則，根據(jù)反應方程式(g)(g)+H2(g)的比例關系，利用差量法計算轉化量，進而計算平衡時各氣體的壓強，再計算Kp；

②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)和外界因素對平衡移動的影響進行分析；

(2)①先根據(jù)蓋斯定律計算△H1=△H2+△H3，再畫出途徑1的能量和反應過程的圖像；
②反應過程中CO2轉化為CO，C的化合價降低，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；催化劑可加快反應速率，但不影響平衡移動，據(jù)此分析解答；

③由途徑I的反應歷程可知，乙苯催化脫氫被催化劑吸附，在催化劑表面進行，隨著CO2壓強增大，反應物濃度增大，反應速率加快，但壓強過大時，會導致催化劑吸附乙苯的機能降低，乙苯平衡轉化率反而降低，據(jù)此分析解答。

(1)①由圖可知，起始時容器的總壓強為100 kPa，平衡時，總壓強為115 kPa，則，根據(jù)反應方程式(g)(g)+H2(g)的比例關系和差量法可知，乙苯的分壓減少了p轉(乙苯) =15 kPa，，解得p始(乙苯)=20 kPa，則p(H2O)=100kPa-20kPa=80 kPa，，平衡時，p平(乙苯)=20 kPa-15 kPa=5 kPa，p平(苯乙烯)=15kPa，p平(H2)=15kPa，則，故答案為：80kPa；45；

②A. 混合氣體的總質量不變，隨著反應的進行，氣體物質的量逐漸增大，平均相對分子質量是一個變量，則當混合氣體的平均相對分子質量不再改變時，反應達到平衡狀態(tài)，故正確；

B. 增加通入水蒸氣的量，不改變反應體系中各氣體的濃度，因此對該平衡無影響，不能提高乙苯的轉化率，故錯誤；

C. 若將該反應置于恒壓容器中反應，其他起始條件相同，隨著反應的進行，氣體物質的量增大，容器的容積隨之增大，因此相對與原平衡來說，相當于減壓，減壓平衡正向移動，乙苯的轉化率將增大，故錯誤；

D. 水蒸氣不影響該反應的平衡狀態(tài)，因此僅往該剛性恒容容器中通入和上述等量的乙苯，其他條件相同，平衡時氫氣的分壓不變，故正確；

故答案為：AD；

(2)①由圖可知，△H1=△H2+△H3=+117.6kJ/mol+（+41.6kJ/mol）=+159.2kJ/mol，即a=+159.2，則途徑1的能量和反應過程的圖像可表示為：；

②A. 反應過程中CO2轉化為CO，C的化合價降低，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錯誤；
D. 催化劑可加快反應速率，但不影響平衡移動，故催化劑不能提高乙苯的平衡轉化率，

故D錯誤；故答案為：AB

③由途徑I的反應歷程可知，乙苯催化脫氫被催化劑吸附，在催化劑表面進行，隨著CO2壓強增大，反應物濃度增大，反應速率加快，乙苯平衡轉化率逐漸增大，但壓強過大時，會導致催化劑吸附乙苯的機能降低，乙苯平衡轉化率反而降低，所以p(CO2)為15kPa時乙苯平衡轉化率最高，故答案為：一定時間內(nèi)，低于15 kPa時，二氧化碳分壓低，反應速率慢，所以乙苯轉化率低，高于15 kPa時，二氧化碳分壓高，過多的占據(jù)了催化劑表面，阻礙了乙苯的吸附，導致反應速率減慢。