Question

6．苯乙烯是化工产品中最重要的单体之一．在工业上，
苯乙烯由乙苯和CO₂催化脱氢制得．总反应原理如下：
 （g）+CO₂（g）?（g）+CO（g）+H₂O（g）△H
回答下列问题：
（1）已知：

化学键	C-H	C-C	C=C	C=O	CO	O-H
键能/kJ/mol	413	348	615	745	1076	463

由乙苯制取苯乙烯反应的△H=+158.8KJ/mol
（2）在温度为T₁时，该反应的平衡常熟K=0.5mol/L．在2L的密闭容器中加入乙苯与CO₂，反应到某时刻测得该混合物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C0₂在该条件下于平衡状态的是AD（填正确答案编号）．
A．正、逆反应速率的比值恒定      B．c（CO₂）=c（CO）
C．混合气体的密度不变            D．CO₂的体积分数保持不变
③若将反应改为恒压绝热条件下进行，达到平衡时，则乙苯的物质的量浓度d（填正确答案编号）．
a、大于0.5mol/L　　　　b、小于0.5mol/L　　　　 c、等于0.5mol/Ld、不确定
（3）在温度为T₂时的恒定容器中，乙苯、CO₂的起始浓度分别为1.0mol/L和2.0mol/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$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，乙苯的转化率为$\frac{2.5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$×100%（均用含P₀、P的表达式表示）．
（4）写出由苯乙烯在一定条件下合成聚苯乙烯的化学方程式．

Answer 1

分析 （1）根据△H=反应物键能和-生成物键能和计算；
（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将反应改为恒压绝热条件下进行，根据压强和温度对化学平衡移动的影响来回答；
（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）苯乙烯中的碳碳双键可以发生加聚反应得到聚苯乙烯．

解答 解：（1）据化学方程式，反应物和生成物中都有苯环，苯环的键能不必计算，有△H=反应物键能和-生成物键能和=2×348KJ/mol+5×413KJ/mol+2×745KJ/mol-348KL/mol-615KJ/mol-3×413KJ/mol-1076KJ/mol-2×463KJ/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、正、逆反应速率的比值恒定，说明正逆反应速率是相等的，所以达到了化学平衡状态，故A正确；
B、c（CO₂）与c（CO）的浓度是否相等，与反应的起始量和转化率有关，所以当c（CO₂）=c（CO）时，不能说明已经达到平衡状态，故B错误；
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．
故答案为：AD；
③该反应为正向吸热、气体体积增大的反应，若维持恒压绝热，则相当于在原平衡基础降温同时增加容器容积，二者对乙苯的浓度影响不能判定，故答案为：d；
（3）已知信息，设乙苯的变化浓度是x，则 
               
      初始浓度：2.0         3.0         0          0        0
      变化浓度：x             x         x          x        x
      平衡浓度：2.0-x         3.0-x      x           x        x
则$\frac{2.0-x+3.0-x+3x}{5.0}$=$\frac{P}{{P}_{0}}$，解得x=$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，则反应达到平衡时苯乙烯的浓度为$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，乙苯的转化率为$\frac{5（P-{P}_{0}）}{2{P}_{0}}$×100%=$\frac{2.5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$×100%，
故答案为：$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$；$\frac{2.5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$×100%；
（4）苯乙烯在一定条件下合成聚苯乙烯的化学方程式为：，故答案为：．

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．