Question

苯乙烯是一种重要的化工原料，可采用乙苯催化脱氢法制备，反应如下：

(g)+H₂(g)      △H=+117.6kJ·mol^-1

（1）在刚性容器中要提高乙苯平衡转化率，可采取的措施有_______、______。（写出 2种可行的方法）

（2）实际生产中往刚性容器中同时通入乙苯和水蒸气，测得容器总压和乙苯转化率随时间变化结果如图1所示。

①平衡时，P(H₂O)=______kPa，平衡常数K_p=___kPa(K_p为以分压表示的平衡常数)

②反应速率v=v_正 - v_逆 = k_正P_乙苯 - k_逆P_苯乙烯P_氢气，k_正、k_逆分别为正逆反应速率常数。计算a处的=___。

（3）O₂气氛下乙苯催化脱氢可同时存在以图2两种途径：

①a=______。

②途径I的反应历程如图3所示，下列说法正确的是_____。

a.CO₂为氧化剂

b.状态1到状态2形成了O-H键

c.中间产物只有

d.该催化剂可提高乙苯的平衡转化率

③P_CO2与乙苯平衡转化率关系如图4所示，分析P_CO2为15kPa 时乙苯平衡转化率最高的原因_______。

Answer

升温(降压或及时移去产物) 降压 (升温或及时移去产物，和第一空不能重) 80 45 2.5 159.2 a、b 当P(CO2)<15kPa，随着CO2压强增大，反应物浓度增大，促进平衡向右移动；当P(CO2)>15kPa，过多的CO2会造成催化剂表面乙苯的吸附下降

【解析】

(1)根据该反应的正反应为气体体积扩大的吸热反应，用平衡移动原理分析解答；

(2)①先根据压强增大数值计算反应的乙苯，然后根据乙苯的转化率计算混合气体中乙苯的分压，进而可得出水蒸气的分压，将各组分的分压代入平衡常数表达式可得Kp；

②根据平衡时v正=v逆计算出，再根据a点时反应混合物中个组分的分压代入速率公式及可得到相应的值；

(3)①根据盖斯定律计算；②结合反应历程及化学平衡移动原理分析；③根据CO2是反应物，结合反应物的浓度对化学平衡移动的影响及CO2在催化剂表面的吸附作用分析判断。

(1)根据该反应的正反应为气体体积扩大的吸热反应，根据平衡移动原理可知：要提高乙苯的转化率，可采取的措施为升高温度、降低压强及时移去产物等方式。答案为：升温(降压或及时移去产物)；降压 (升温或及时移去产物，和第一空不能重)

(2)该条件下，气体的压强和物质的量成正比，总压等于各气体分压之和。反应开始总压强为100 kPa，反应达到平衡时增大为115 kPa，增大了15 kPa，则乙苯的分压降低15kPa，生成的苯乙烯和H2分压均为15kPa；由于乙苯的转化率为75%，因此反应开始时乙苯的分压为15kPa÷75%=20kPa，故H2O蒸气占80kPa；根据平衡常数的含义，用平衡分压表示的平衡常数Kp==45kPa。答案为：80；45

②可逆反应(g)(g)+H2(g)达到平衡时，正反应与逆反应速率相等，此时乙苯为5kPa，苯乙烯、氢气为15kPa，k正P乙苯=k逆P苯乙烯P氢气，=45kPa；在a点时压强为112kPa，则说明此时总压强比初始压强增大了12 kPa，则乙苯的分压降低12kPa，为8kPa，生成的苯乙烯和H2分压均为12kPa，苯乙烯、氢气为12kPa，所以== = 45kPa× = 2.5。答案为：2.5

(3)①反应过程中能量变化与反应途径无关，只与物质的始态和终态有关，根据图示可知反应热∆H=117.6kJ/mol+41.6kJ/mol=+159.2kJ/mol。答案为：159.2

②a.CO2与乙苯反应后变为CO，C元素化合价降低，C获得电子，因此CO2为氧化剂,a正确；

b.根据图示可知由状态1到状态2形成了O-H键，b正确；

c.由反应历程可知中间产物除了()，还有，c错误；

d.催化剂对化学平衡移动无影响，因此不能改变乙苯的转化率，d错误；

故合理选项是ab。答案为：ab

③乙苯与CO2发生可逆反应产生苯乙烯、H2O、CO，在P(CO2)＜15kPa，随着CO2压强增大，反应物浓度增大，促进平衡向右移动；当P(CO2)＞15kPa，过多的CO2吸附在催化剂表面，会造成催化剂表面乙苯的吸附下降，又导致其转化率降低。