Question

（12分）苯乙烯是重要的基础有机化工原料。工业中以乙苯（C6H5-CH2CH3）为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯（C6H5-CH= CH2）的反应方程式为：

C6H5-CH2CH3 (g)C6H5-CH=CH2 (g) +H2(g) ΔH1=+125kJ?mol﹣1

（1）向体积为VL的密闭容器中充入a mol乙苯，反应达到平衡状态时，平衡体系组成（物质的量分数）与温度的关系如图所示：

600℃时，由上图可知：

①氢气的物质的量分数为 。

②此温度下该反应的平衡常数 。

（2）分析上述平衡体系组成与温度的关系图：

当温度高于970℃，苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是 。

（3）实际生产中常以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂（稀释剂不参加反应）。C6H5C2H5的平衡转化率与水蒸气的用量、体系总压强关系如下图。

加入稀释剂能影响C6H5C2H5平衡转化率的原因是：______________________________。

（4）某些工艺中，在反应的中途加入O2和特定的催化剂，有利于提高C6H5C2H5的平衡转化率。试解释其原因______________________________________________。

（5）已知某温度下，当压强为101.3kPa时，该反应中乙苯的平衡转化率为30%；在相同温度下，若反应体系中加入稀释剂水蒸气并保持体系总压为101.3kPa，则乙苯的平衡转化率 30%

（6）乙苯在特定催化剂下发生氧化脱氢：

C6H5-CH2CH3 (g)+ 1/2O2(g)C6H5-CH=CH2 (g) +H2 O (g) ΔH

已知 H2的燃烧热ΔH为-285.8KJ/mol，水的汽化热为2441.12焦耳/克，则 ΔH= 。

Answer 1

（1）①25%②a/6V（2）剩余的乙苯脱氢炭化（3）总压不变时，加入稀释剂，参与反应的各物质浓度同等程度减小，浓度商的计算结果小于平衡常数K，故平衡向正反应方向移动，C6H5C2H5的平衡转化率增大。（4） 因为在高温下，O2将反应中生成的H2消耗掉，减小了H2的浓度，同时该反应放出的热量使体系稳定升高，这两种因素均使平衡向正反应方向移动。（5）>（6） -116.8 KJ/mol

【解析】

试题分析：（1）①从图中可判断乙苯的物质的量分数是50%，设消耗乙苯xmol,则生成苯乙烯和氢气各xmol,所以余(a-x)mol乙苯，则(a-x)mol/(a-x)mol+2xmol=0.5，解得x=1/3amol,所以氢气的物质的量分数是1/3a/(a+1/3a)×100%=25%；②平衡常数大等于平衡时生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，首先计算三种物质的平衡浓度，由①分析得平衡时乙苯的物质的量是a-1/3a=2/3a,苯乙烯、氢气的物质的量都是1/3a,容器体积为VL，所以K=（ a/3V? a/3V）/ （2a/3V） = a/6V，计算过程如下（三段式法）

C6 H5- CH2 CH3 (g) C6 H5- CH=CH2 (g) + H2(g)

起始浓度/( mol?L-1) ： a/V 0 0

变化浓度/( mol?L-1) ： a/3V a/3V a/3V

平衡浓度/( mol?L-1) ： 2a/3V a/3V a/3V

K =（ a/3V×a/3V）/ （2a/3V） = a/6V

（2）苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是剩余的乙苯脱氢炭化

（3）总压不变时，加入稀释剂，参与反应的各物质浓度同等程度减小，浓度商的计算结果小于平衡常数K，故平衡向正反应方向移动，C6H5C2H5的平衡转化率增大。

（4）因为在高温下，O2将反应中生成的H2消耗掉，减小了H2的浓度，同时该反应放出的热量使体系稳定升高，这两种因素均使平衡向正反应方向移动。

（5）温度不变，加入稀释剂水蒸气并保持体系总压为101.3kPa，则容器体积增大，相当于给反应体系降低压强，平衡正向移动，所以再次平衡时乙苯的转化率>30%

（6）根据H2的燃烧热ΔH为-285.8KJ/mol，水的汽化热为2441.12焦耳/克计算可知：ΔH= -116.8 KJ/mol

考点：考查对图像的分析，混合体系中组分的物质的量分数的计算、转化率的计算，平衡的移动的判断，盖斯定律的应用