Question

苯乙烯（）是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：

（g）（g）+H₂（g） △H

(1)已知：

化学键	C-H	C-C	C=C	H-H
键能/kJ/mol	412	348	612	436

计算上述反应的△H＝________ kJ·mol^－1。

(2)500℃时，在恒容密闭容器中，充入a mol乙苯，反应达到平衡后容器内气体的压强为P；若再充入bmol的乙苯，重新达到平衡后容器内气体的压强为2P，则a_______b（填“＞” “＜”或“=”），乙苯的转化率将________（填“增大” “减小”或“不变”）。

(3)工业上，通常在乙苯（EB）蒸气中掺混N₂（原料气中乙苯和N₂的物质的量之比为1︰10，N₂不参与反应），控制反应温度600℃，并保持体系总压为0.1Mpa不变的条件下进行反应。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：

①A，B两点对应的正反应速率较大的是________。

②掺入N₂能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实___________________________。

③用平衡分压代替平衡浓度计算600℃时的平衡常数K_p=________。（保留两位有效数字，分压=总压×物质的量分数）

④控制反应温度为600℃的理由是___________________________。

Answer

+124 ＜ 减小 B 正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于起减压的效果 0.019MPa 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

【解析】

(1)焓变=反应物总键能-生成物总键能，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；

(2)该反应为气体增多的反应；假设a=b，且在充入b mol乙苯时将容器体积扩大为原来的2倍，则此时达到等效平衡，压强依然为P，实际情况时容器体积不变，则需将容器体积压缩至和原平衡相同，假设此过程中平衡不移动，则压缩后压强为2P，但实际情况是压缩体积时平衡会逆向移动，压强减小，即平衡后压强小于2P，若想要压强达到2P，则需要充入更多的乙苯，所以a＜b；恒容充入乙苯，体系压强增大，平衡会在等效平衡的基础上左移，导致乙苯的转化率减小；

(3)①A点和B点温度相同，容器恒压，则充入氮气后容器体积变大，气体浓度减小，浓度越小反应速率越小，所以B点正反应速率较大；

②保持总压不变，充入N2，容器体积增大，各组分的浓度同倍数减小，相当于减小压强，利于反应正向进行，乙苯转化率增大；

③600℃时乙苯的转化率为40%，不妨设设初始投料为1mol乙苯，则转化乙苯0.4mol，剩余0.6mol，根据方程式(g)(g)+H2(g)可知，生成苯乙烯0.4mol，氢气0.4mol，压强之比等于气体物质的量之比，总压强为0.1MPa，则p(乙苯)=，p(苯乙烯)=p(H2)=，则平衡常数Kp==0.019MPa；

④由于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，过高温度还可能使催化剂失活，且能耗大，所以控制反应温度为600℃。