Question

苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料，乙苯催化脱氧法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其化学方程式为：

（1）若升高温度，该反应的平衡常数变大，则ΔH____________（填“大于0”或“小于0”）。该反应在_______________条件下能自发进行（填“较高温度”、“较低温度”或“任何温度”）。

（2）维持体系总压强ρ恒定，在温度T时，物质的量为2mol、体积为1L的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为80%，则在该温度下反应的平衡常数K=_____。

（3）在体积为2L的恒温密闭容器中通入2mol乙苯蒸汽，2分钟后达到平衡，测得氢气的浓度是0.5mol/L，则乙苯蒸汽的反应速率为_________________；维持温度和容器体积不变，向上述平衡中再通入1mol氢气和1mol乙苯蒸汽，则v正_______v逆（填“大于”、“小于”或“等于”）

（4）工业上，通常在乙苯蒸汽中掺混水蒸气（原料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_____________________。

（5）某燃料电池以乙苯为燃料，Li₂CO₃与K₂CO₃混合的碳酸盐为电解质的高温型燃料电池，其负极的电极反应式为_____________________，正极上通入的气体为______________。

Answer

△H大于0 较高温度 32/9 mol/L 0.25mol·L-1·min-1 等于 正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气起稀释，相当于起减压的效果 600℃时，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 -42e-+21CO32--→5H2O+29CO2 O2（或空气）、CO2

【解析】(1)若升高温度，该反应的平衡常数变大，说明平衡正向移动，表明正反应为吸热反应，则ΔH＞0。该反应的ΔS＞0，根据△G=△H-T△S可知，在较高温度下能自发进行，故答案为：大于；较高温度；

(2)物质的量为2mol、体积为1L的乙苯蒸气发生催化脱氢反应

参加反应的乙苯为1.6mol，则：

           (g) (g)+H2(g)

开始(mol)：n                  0                0

转化(mol)：1.6                 1.6               1.6

平衡(mol)：0.4            1.6              1.6

维持体系总压强p恒定，在温度T时，由PV=nRT可知，混合气体总浓度不变，设反应后的体积为V′，则=，故V′=1.8L，平衡常数K= = = ，故答案为： ；

(3)v(H2)= =0.25 mol·L-1·min-1，根据方程式有v()=v(H2)= =0.25 mol·L-1·min-1，平衡时乙苯、苯乙烯、氢气的浓度分别为0.5mol/L，0.5mol/L，0.5mol/L，平衡常数为=0.5，维持温度和容器体积不变，向上述平衡中再通入1mol氢气和1mol乙苯蒸汽，Qc==0.5=K，平衡不移动，v正=v逆，故答案为：0.25 mol·L-1·min-1；等于；

(4)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；

(5)燃料电池是以乙苯为燃料，Li2CO3与K2CO3混合的碳酸盐为电解质的高温型燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，电极反应-42e-+21CO32-=5H2O+29CO2，正极是通入氧气、二氧化碳发生还原反应，故答案为：-42e-+21CO32-=5H2O+29CO2；O2(或空气)、CO2。

点睛：本题以苯乙烯制备为载体考查反应热的计算、化学平衡常数计算、化学平衡影响因素等知识点，为高频考点，注意：(2)中平衡常数计算为易错点、难点，注意温度、压强不变，容器的体积发生变化，学生容易认为容器的体积不变。