Question

9．苯乙烯（C₆H₅CH=CH₂）₂是合成橡胶和塑料的单体，用来生产丁苯橡胶、聚苯乙烯等．工业上以乙苯C₆H₅CH₂CH₃为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯，反应方程式为：C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）△H

（1）已知：H₂和CO的燃烧热（△H）分别为-285.8kJ．mol•L^-1和-283.0kJ．mol•L^-1；
C₆H₅CH₂CH₃（g）+CO₂（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+CO（g）+H₂O（I）△H=+114.8kJ•mol^-1
则制取苯乙烯反应的△H为+117.6KJ/mol
（2）向密闭容器中加入1mol乙苯，在恒温恒容条件下合成苯乙烯，达平衡时，反应的能量变化为QkJ．下列说法正确的是BD．
A．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大
B．若继续加入1mol乙苯，苯乙烯转化率增大
C．压缩体积，平衡逆向移动，反应物浓度增大，生成物浓度减小
D．相同条件下若起始加入1mol苯乙烯和1mol氢气，达平衡时反应能量变化为（△H-Q）kJ
（3）向2L密闭容器中加入1mol乙苯发生反应，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．700℃时，乙苯的平衡转化率为66.7%，此温度下该反应的平衡常数为$\frac{2}{3}$；温度高于970℃时，苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是有机化合物在温度过高时分解．
（4）含苯乙烯的废水排放会对环境造成严重污染，可采用电解法去除废水中的苯乙烯，基本原理是在阳极材料MOx上生成自由基MOx（OH），其进一步氧化有机物生成CO₂，该阳极的电极反应式为C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺，若去除0.5mol苯乙烯，两极共收集气体14mol．

Answer 1

分析 （1）H₂和CO的燃烧热（△H）分别为-285.8kJ．mol•L^-1和-283.0kJ．mol•L^-1，可得热化学方程式：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ/mol，
已知③：C₆H₅CH₂CH₃（g）+CO₂（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+CO（g）+H₂O（l）△H=+114.8kJ/mol，
根据盖斯定律，③+②-①可得：C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）；
（2）A．升高温度，正逆反应速率均增大；
B．若继续加入1mol乙苯，等效为增大压强，平衡逆向移动；
C．压缩容器的体积，增大体系的压强，平衡向气体体积减小的方向移动，乙苯的浓度增大，平衡常数不变，故平衡时苯乙烯、氢气的浓度也增大；
D．相同条件下若起始加入1mol苯乙烯和1mol氢气，等效为开始加入1mol乙苯，与原平衡为完全等效平衡，平衡时乙苯的物质的量相等，再计算反应热；
（3）由图示可知：700℃时，乙苯的物质的量百分含量为20%，参加反应的乙苯为xmol，则：
           C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1                 0          0
变化量（mol）：x                 x          x
平衡量（mol）：1-x               x          x
再根据乙苯的物质的量分数列方程计算x，进而计算乙苯的转化率；
计算各组分平衡浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$计算；
有机物受热易分解，温度高于970℃时，可能是应有机物分解使苯乙烯的产率不再增加；
（4）由题目信息可知，阳极上整个过程是苯乙烯氧化生成二氧化碳，由守恒守恒可知，应有OH^- 离子生成，由元素守恒可知，应有水参与反应；阴极上是氢离子获得电子生成氢气，阴极电极反应式为：2H₂O+2e^-=H₂+2OH^-，根据阳极反应式计算生成二氧化碳物质的量，根据电子转移守恒计算阴极生成氢气物质的量．

解答 解：（1）H₂和CO的燃烧热（△H）分别为-285.8kJ．mol•L^-1和-283.0kJ．mol•L^-1，可得热化学方程式：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ/mol，
已知③：C₆H₅CH₂CH₃（g）+CO₂（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+CO（g）+H₂O（l）△H=+114.8kJ/mol，
根据盖斯定律，③+②-①可得：C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g），故△H=114.8KJ/mol-283.0KJ/mol+285.8KJ/mol=+117.6KJ/mol，
故答案为：+117.6KJ/mol；
（2）A．温度变化对正逆反应速率的影响是一致的，只是改变的程度不同，所以升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大，故A错误；
B．若继续加入1mol乙苯，相当于增大整个体系的压强，增大压强，平衡逆向移动，故苯乙烯转化率增大，B正确；
C．压缩容器的体积，增大体系的压强，平衡向气体体积减小的方向移动，乙苯的浓度增大，平衡常数不变，故平衡时苯乙烯、氢气的浓度也增大，故C错误；
D．相同条件下若起始加入1mol苯乙烯和1mol氢气，等效为开始加入1mol乙苯，与原平衡为完全等效平衡，平衡时乙苯的物质的量相等，假设平衡时为amol乙苯，则原平衡反应中能量变化为QkJ=（1-a）×△H kJ，而生成amol乙苯的能量变化为：a×△H kJ=（△H-Q）kJ，故D正确；
故答案为：BD；
（3）参加反应的乙苯为xmol，则：
            C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1                 0            0
变化量（mol）：x                 x            x
平衡量（mol）：1-x               x            x
由图示可知：700℃时，乙苯的物质的量百分含量为20%，则$\frac{1-x}{1-x+x+x}$=20%，所以x=$\frac{2}{3}$，乙苯的平衡转化率为$\frac{2}{3}$×100%=66.7%，
此温度下平衡常数K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$=$\frac{\frac{x}{2}×\frac{x}{2}}{\frac{1-x}{2}}$=$\frac{2}{3}$，
温度高于970℃时，苯乙烯的产率不再增加，可能有机物受热易分解是所致；
故答案为：66.7%；$\frac{2}{3}$；有机化合物在温度过高时分解；
（4）由题目信息可知，阳极上整个过程是苯乙烯氧化生成二氧化碳，由守恒守恒可知，应有OH^- 离子生成，由元素守恒可知，应有水参与反应，阳极电极反应式为：C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺，阴极上是氢离子获得电子生成氢气，阴极电极反应式为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
除去0.5mol苯乙烯，则：
C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺
0.5mol         20mol 4mol
2 H₂O+2 e^-=H₂↑+2OH^-
     20mol 10mol
故两极共收集气体：4mol+10mol=14mol，
故答案为：C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺；14．

点评 本题考查化学平衡计算及影响元素、反应热计算、电解原理应用等，（4）中电极反应式书写为易错点，综合考查学生阅读获取信息能力、应用知识分析解决问题能力，难度中等．