Question

乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

（1）已知：

计算上述反应的△H＝________ kJ·mol^－1。

（2）维持体系温度和总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V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平衡常数K＝___________(用α等符号表示)。

（3）工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(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)如右图所示：

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CO₂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；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_________(填编号)。

① CO₂与H₂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 有利于CO₂资源利用

Answer

（1）+124

（2）

（3）①正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气起稀释作用，相当于减压的效果②600℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。

（4）①②③④

【解析】

试题分析：（1）反应热=反应物总键能-生成物总能键能，由有机物的结构可知，应是-CH2CH3中总键能与-CH=CH2、H2总键能之差，故△H=(5×412+348-3×412-612-436)kJ•mol-1=+124kJ•mol-1，故答案为：+124；

（2）物质的量为n的乙苯蒸气发生催化脱氢反应，参加反应的乙苯为nα mol，则：

+H2

开始(mol): n 0 0

转化(mol): nα nα nα

平衡(mol): n(1-α) nα nα

维持体系总压强p恒定，平衡常数K═==，故答案为：；

（3）①正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动，提高乙苯的平衡转化率，故答案为：正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动；

②600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高，温度过低，反应速率较慢，转化率较低，温度过高，选择性下降，高温下可能失催化剂失去活性，且消耗能量较大，故选择600℃左右，故答案为：600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高，温度过低，反应速率较慢，转化率较低，温度过高，选择性下降，高温下可能失催化剂失去活性，且消耗能量较大；

（4）①CO2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，故正确；②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，故正确；③由于会发生反应CO2+C═2CO，有利于减少积炭，故正确；④CO2代替水蒸气，有利用CO2资源利用，故正确，故答案为：①②③④。

考点：考查了反应热计算、化学平衡常数计算、反应速率及平衡移动的影响因素的相关知识。