Question

工业上采用乙苯与CO₂脱氢生产重要化工原料苯乙烯

其中乙苯在CO₂气氛中的反应可分两步进行

（1）上述乙苯与CO₂反应的反应热△H为________________________。
（2）①乙苯与CO₂反应的平衡常数表达式为：K=______________________。
②下列叙述不能说明乙苯与CO₂反应已达到平衡状态的是_____________________。
a．v_正(CO)=v_逆(CO)                   b．c(CO₂)=c(CO)
c．消耗1mol CO₂同时生成1molH₂O      d．CO₂的体积分数保持不变
（3）在3L密闭容器内，乙苯与CO₂的反应在三种不同的条件下进行实验，乙苯、CO₂的起始浓度分别为1.0mol/L和3.0mol/L，其中实验I在T₁℃、0.3MPa，而实验II、III分别改变了实验其他条件；乙苯的浓度随时间的变化如图I所示。

①实验I乙苯在0～50min时的反应速率为_______________。
②实验II可能改变条件的是__________________________。
③图II是实验I中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线，请在图II中补画实验Ⅲ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线。
（4）若实验I中将乙苯的起始浓度改为1.2mol/L，其他条件不变，乙苯的转化率将（填“增大”、“减小”或“不变”），计算此时平衡常数为_____________________。

Answer 1

（16分）（1）－166kJ/mol（2分）
（2）     bc（每空2分 共4分）
（3）①0.012mol/(L?min)    ②加入催化剂  
③（每空2分共6分）
（4）减小（2分）    0.225 （2分）

解析试题分析：（1）观察三个热化学方程式，发现已知焓变的A+B可以得到乙苯与二氧化碳的反应，根据盖斯定律，则乙苯与二氧化碳反应的焓变=△H₁+△H₂=[(—125)+(—41)]kJ/mol=—166kJ/mol；（2）①观察乙苯与二氧化碳反应的化学方程式，发现各组分都是气体，系数都是1，则该反应的平衡常数K=[c(C₆H₅CH=CH₂)?c(CO) ?c(H₂O)]/[c(C₆H₅CH₂CH₃) ?c(CO₂)]；②同一种物质表示的正反应速率等于逆反应速率，说明已达平衡，故a错误；虽然各组分的变化浓度之比等于化学方程式中系数之比，但是各组分的平衡浓度之比不一定等于化学方程式中系数之比，因此二氧化碳和一氧化碳浓度相等时反应不一定达到平衡，故b正确；二氧化碳和水的系数之比等于1∶1，消耗1molCO₂同时生成1molH₂O，说明不同物质的正反应速率等于化学方程式中系数之比，缺少逆反应速率，因此不能说明达到平衡，故c正确；二氧化碳是反应物，其体积分数逐渐减小，若保持不变，说明反应已达平衡，故d错误；（3）①观察图I，0～50min内△c(乙苯)=（1.0—0.4）mol/L=0.6mol/L，由于v=△c/△t，则v(乙苯)= 0.6mol/L÷50min=0.012mol/(L?min)；②对比图I、图II，发现I→II时，单位时间内乙苯的变化浓度增大，说明反应速率加快，但是平衡时乙苯的浓度相等，说明平衡没有移动；由于乙苯与二氧化碳的反应是气体体积增大的放热反应，根据浓度、压强、温度和催化剂对化学平衡的影响规律推断，实验II可能改变的条件是加入催化剂；③同理，推断实验I→III时，反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，说明改变的条件是升高温度，因此画出的曲线满足以下几个要点：起点与实验I相同，未达平衡前，实验III的反应速率比I大，平衡后苯乙烯的体积分数比实验I的小；（4）增大乙苯的浓度，虽然平衡右移，乙苯的变化浓度增大，但是乙苯的起始浓度也增大，且变化浓度增大的程度小于起始浓度增大的程度，因此乙苯的转化率减小；平衡常数只与温度有关，与浓度改变无关，因此实验I中各组分的平衡浓度计算出的平衡常数就是此时的平衡常数，依题意可知实验I反应中各组分的起始、变化、平衡浓度，则：
C₆H₅CH₂CH₃(g)+CO₂(g) C₆H₅CH=CH₂(g)+CO(g)+H₂O(g)
起始浓度/ mol?Lˉ¹            1.0       3.0             0         0      0
变化浓度/ mol?Lˉ¹            0.6       0.6            0.6        0.6     0.6
平衡浓度/ mol?Lˉ¹            0.4       2.4            0.6        0.6     0.6
K=[c(C₆H₅CH=CH₂)?c(CO) ?c(H₂O)]/[c(C₆H₅CH₂CH₃) ?c(CO₂)]="(" 0.6×0.6×0.6)/( 0.4×2.4)=0.225。
考点：考查化学反应大题，涉及盖斯定律、平衡常数表达式、化学平衡状态、平均反应速率、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响、化学反应速率和化学平衡图像、平衡常数计算等。