Question

11．苯乙烯是现代石油化工产品中最重要的单位之一．在工业上，苯乙烯可由乙苯和CO₂催化脱氢制得．总反应原理如下：+CO₂（g）?+CO（g）+H₂O（g）△H
回答下列问题：
（1）乙苯在CO₂气氛中的反应可分两步进行：
?+H₂（g）△H₁=+117.6kJ/mol
H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂=+41.2kJ/mol
由乙苯制取苯乙烯反应的△H=+158.8KJ/mol．
（2）在温度为T₁时，该反应I的平衡常数K=0.5mol/L．在2L的密闭容器中加入乙苯（g）与CO₂，反应到某时刻测得混合物中各组分的物质的量均为1.0mol．
①该时刻化学反应是（填“是”或“不是”）处于平衡状态；
②下列叙述能说明乙苯与CO₂在该条件下反应已达到平衡状态的是bd（填字母）；
a、v_正（CO₂）=v_正（CO）
b、混合气体的平均相对分子质量保持不变
c、混合气体的密度不变
d、CO₂的体积分数保持不变
（3）在温度为T₂时的恒容器中，乙苯、CO₂的起始浓度分别为4.0mol/L和6.0mol/L，设反应平衡后总压强为P、起始压强为P₀，则反应达到平衡时苯乙烯的浓度为$\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$（均用含P₀、P的表达式表示，下同），乙苯的转化率为$\frac{5（P-{P}_{0}）}{2{P}_{0}}$×100%．
（4）某同学欲将苯乙烯设计成燃料电池，装置示意如图（A、B为多孔性碳棒）．

①B（填A或B）处电极入口通入氧气，其电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②当电池中消耗10.4g苯乙烯时，假设化学能全部转化为电能，则导线中转移电子数为4N_A．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律结合热化学方程式分析；
（2）①根据浓度熵规则计算Qc是否等于K来计算；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆速率之比等于化学计量数之比（不同物质），各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化；
（3）根据化学反应前后，反应中气体的物质的量之比等于压强之比来回答；
（4）①A为负极、B为正极，燃料电池中通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极，正极氧气得电子生成氢氧根离子；
②根据苯乙烯和氢氧化钾之间的关系式计算转移电子．

解答 解：（1）方程A+方程B得到：，所以该反应的反应热为：△H=△H₁+△H₂=+117.6kJ/mol+41.2kJ/mol
=+158.8KJ/mol，
故答案为：+158.8KJ/mol；
（2）①反应进行到某时刻测得混合物中各组分的物质的量均为1.0mol，即浓度都是0.5mol/L，此时Qc=$\frac{0．{5}^{3}}{0．{5}^{2}}$=0.5=K，所以达到化学平衡状态，
故答案为：是；
②a、都反映的正方向，故a错误；
b、混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明气体的物质的量不变反应达平衡状态，故b正确；
c、反应前后体积不变，质量守恒，所以体系的密度始终不变，故不能用密度判断平衡，故c错误；
d、随着反应的进行CO₂的体积分数逐渐减小，当CO₂的体积分数保持不变，即是平衡状态，故d正确．
故选bd；
（3）已知信息，设乙苯的变化浓度是x，则  
             
      初始浓度：4.0         6.0         0          0        0
      变化浓度：x             x         x          x        x
      平衡浓度：4.0-x       6.0-x       x           x        x
则$\frac{4.0-x+6.0-x+3x}{10}$=$\frac{P}{{P}_{0}}$，解得x=$\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，则反应达到平衡时苯乙烯的浓度为 $\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，乙苯的转化率为 $\frac{\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}}{4}$×100%=$\frac{5（P-{P}_{0}）}{2{P}_{0}}$×100%，
故答案为：$\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$； $\frac{5（P-{P}_{0}）}{2{P}_{0}}$×100%；
（4）①A为负极、B为正极，燃料电池中通入燃料的电极为负极、通入氧化剂的电极为正极，正极氧气得电子生成氢氧根离子，所以B极通入氧气，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：B；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②根据C₈H₈-40e^-+56OH^-═8CO₃^2-+32H₂O知，而10.4g苯乙烯的物质的量为$\frac{10.4}{104}$=0.1mol，所以转移电子的物质的量为0.1×40=4mol，转移电子数为：4N_A，故答案为：4N_A．

点评 本题综合性较大，涉及化学平衡状态的判断、浓度熵规则、化学平衡的计算等知识，注意知识的归纳和整理是关键，难度不大．