Question

乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

（1）已知：

化学键	C－H	C－C	C＝C	H－H
键能/kJ·molˉ^1	412	348	612	436

计算上述反应的△H＝__________。

（2）维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α，则在该温度下反应的压强平衡常数Kp=___________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（3）工业上，通常在乙苯蒸汽中掺混水蒸气（原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1︰9），控制反应温度600℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性（指除了H₂以外的产物中苯乙烯的物质的量分数）示意图如下：

① 掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实___________。

② 控制反应温度为600℃的理由是____________。

（4）某研究机构用代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺——乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。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；已知该工艺中还能够发生反应：，，据此可推知新工艺的特点有_________（填编号）。

① 与反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移

② 不用高温水蒸气，可降低能量消耗

③ 有利于减少积炭

④ 有利用资源利用

Answer

（1）124 kJ·mol-1；（2） ；（3）① 正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果；② 600℃乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大；（4）①②③④。

【解析】

试题分析：（1）△H=反应物的键能总和－生成物的键能总和=苯环的键能总和＋348×2＋5×412－(苯环的键能总和＋348＋612＋3×412＋436)kJ·mol－1=+124kJ·mol－1；（2）根据三段式，乙苯的分压(n－na)P/(n＋na)，苯乙烯的分压naP/(n＋na)，氢气的分压naP/(n＋na)，代入KP的公式，得出；（3）①常压下充入非反应气体，体积增大，组分浓度的减小，根据勒夏特列原理，平衡向正反应方向进行，答案：正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果；②从图像上看，600℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度较低，反应速率慢，转化率低，温度高，选择性下降，高温还可能使催化剂失活，且能耗大，综合考虑，应控制温度为600℃；（4）①乙苯催化脱氢制苯乙烯反应为可逆反应，若混有CO2，由于CO2与氢气反应可使生成物浓度减小，化学平衡右移，乙苯转化率增大；②不用高温水蒸气，必然降低能耗；③由于反应CO2＋C=2CO，可减少积炭；④CO2得到有效应用，可减少CO2排放并作为资源得到利用，故选择①②③④。

考点：考查化学反应与能量、化学平衡的计算、工艺流程等知识。