题目内容
10．
乙苯催化脱氢制苯乙烯反应如图1：（1）已知：
| 化学键 | C-H | C-C | C═C | H-H |
| 键能/kJ•mol-1 | X | 348 | 612 | 436 |
（2）维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应．已知乙苯的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数K=$\frac{α{\;}^{2}}{（1-α{\;}^{2}）}p$（用α等符号表示），在平衡体系中充入氖气反应速率将减小（填“增大”“减小”“不变”）．
（3）工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气（原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1：9），控制反应温度600℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应．在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性（指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数）示意图如图1：
①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动．
②控制反应温度为600℃的理由是600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高，温度过低，反应速率较慢，转化率较低，温度过高，选择性下降，高温下可能失催化剂失去活性，且消耗能量较大．
（4）某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺--乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯．保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸汽工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应：CO2+H2═CO+H2O，CO2+C═2CO．新工艺的特点有①②③④（填编号）．
①CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气，可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利于CO2资源利用
（5）产物中另一种物质常用做燃料电池的材料，若电解质为熔融碳酸盐，其负极电极反应式为H2-2e-+CO32-=H2O+CO2↑．
分析 （1）反应热=反应物总键能-生成物总能键能，由有机物的结构可知，应是-CH2CH3中总键能与-CH=CH2、H2总键能之差；
（2）参加反应的乙苯为nα mol，则：
?
+H2
开始（mol）：n 0 0
转化（mol）：nα nα nα
平衡（mol）：n（1-α） nα nα
维持体系总压强p恒定，计算平衡时各组分分压，再根据Kp=$\frac{p（苯乙酸）P（H{\;}_{2}）}{P（乙苯）}$计算，由于该体系是恒压体系，所以在平衡体系中充入氖气，体积会增大，对于反应体系相当于减压；
（3）①保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向气体体积增大的方向移动；
②600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高；结合温度对乙苯转化率、苯乙烯选择性、温度对反应速率与催化剂的影响及消耗能量等，分析控制反应温度为600℃的理由；
（4）①CO2与H2反应，导致氢气浓度减低，有利于乙苯脱氢反应的化学平衡右移；
②由题目信息可知，在保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸汽工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度，消耗的能量减少；
③由于会发生反应CO2+C═2CO，有利于减少积炭；
④CO2代替水蒸气，有利用CO2资源利用；
（5）根据题意，产物中另一种物质为氢气，常用做燃料电池的材料，氢气在负极发生氧化反应，若电解质为熔融碳酸盐，则结合碳酸根离子生成二氧化碳和水．
解答 解：（1）反应热=反应物总键能-生成物总能键能，由有机物的结构可知，应是-CH2CH3中总键能与-CH=CH2、H2总键能之差，故△H=（5×X+348-3×X-612-436）kJ•mol-1=+124kJ•mol-1，所以X=412，
故答案为：412；
（2）物质的量为n的乙苯蒸气发生催化脱氢反应，参加反应的乙苯为nα mol，则：
?+H2
开始（mol）：n 0 0
转化（mol）：nα nα nα
平衡（mol）：n（1-α） nα nα
维持体系总压强p恒定，压强平衡常数Kp=$\frac{p（苯乙酸）P（H{\;}_{2}）}{P（乙苯）}$=$\frac{\frac{nα}{n（1+α）}p×\frac{nα}{n（1+α）}p}{\frac{n（1-α）}{n（1+α）}p}$=$\frac{α{\;}^{2}}{（1-α{\;}^{2}）}p$，由于该体系是恒压体系，所以在平衡体系中充入氖气，体积会增大，对于反应体系相当于减压，所以反应速率会减小，
故答案为：$\frac{α{\;}^{2}}{（1-α{\;}^{2}）}p$；减小；
（3）①正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动，提高乙苯的平衡转化率，
故答案为：正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动；
②600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高，温度过低，反应速率较慢，转化率较低，温度过高，选择性下降，高温下可能失催化剂失去活性，且消耗能量较大，故选择600℃左右，
故答案为：600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高，温度过低，反应速率较慢，转化率较低，温度过高，选择性下降，高温下可能失催化剂失去活性，且消耗能量较大；
（4）①CO2与H2反应，导致氢气浓度减低，有利于乙苯脱氢反应的化学平衡右移，故正确；
②由题目信息可知，在保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸汽工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度，消耗的能量减少，故正确；
③由于会发生反应CO2+C═2CO，有利于减少积炭，故正确；
④CO2代替水蒸气，有利用CO2资源利用，故正确，
故答案为：①②③④；
（5）根据题意，产物中另一种物质为氢气，常用做燃料电池的材料，若电解质为熔融碳酸盐，其负极电极反应式为H2-2e-+CO32-=H2O+CO2↑，
故答案为：H2-2e-+CO32-=H2O+CO2↑．
点评 本题考查反应热计算、化学平衡常数计算、反应速率及平衡移动的影响因素、对条件控制的分析评价等，（1）中认为苯环存在单双键交替形式不影响计算结构，题目难度较大．
同步学典一课多练系列答案
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金牌课堂练系列答案
三新快车金牌周周练系列答案| A． | Na2O2可作供氧剂，而Na2O不行 | |
| B． | 钠在常温下不容易被氧化 | |
| C． | Na2O与Na2O2都能和水反应生成碱，它们都是碱性氧化物 | |
| D． | 钠在氯气中燃烧，生成白色的烟雾 |
A、B、C、D四种短周期元素，且A、B、D为相邻的同周期元素，C、B同主族，B、C可形成共价化合物BC3和BC2，A的原子结构示意图图，据此填空：
部分物质的相关性质如下：
| 熔点/℃ | 沸点/℃ | 备注 | |
| 白磷 | 44 | 280.5 | |
| PH3 | -133.8 | -87.8 | 难溶于水、有还原性 |
| SiF4 | -90 | -86 | 易水解 |
（1）世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的69%；
（2）以磷矿石为原料，湿法磷酸过程中Ca5F（PO4）3反应化学方程式为：Ca5F（PO4）3+5H2SO4=3H3PO4+5CaSO4+HF↑．现有1t折合含有P2O5约30%的磷灰石，最多可制得到85%的商品磷酸0.49t．
（3）如图（b）所示，热法磷酸生产过程的第一步是将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合，高温反应生成白磷．炉渣的主要成分是CaSiO3（填化学式）．冷凝塔1的主要沉积物是液态白磷，冷凝塔2的主要沉积物是固态白磷．
（4）尾气中主要含有SiF4、CO，还含有少量的PH3、H2S和HF等．将尾气先通入纯碱溶液，可除去SiF4、H2S、HF；再通入次氯酸钠溶液，可除去PH3．（均填化学式）
（5）相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但优点是产品纯度高．
；C2B2所含化学键为离子键、共价键．
．| A． | 稀醋酸与0.1 mol•L-1 NaOH溶液反应：H+（aq）+OH-（aq）═H2O（l）△H=-57.3 kJ•mol-1 | |
| B． | 氢气的标准燃烧热为285.5 kJ•mol-1，则水分解的热化学方程式：2H2O（l）═2H2（g）+O2（g）△H=285.5 kJ•mol-1 | |
| C． | 密闭容器中，9.6 g硫粉与11.2 g铁粉混合加热生成硫化亚铁17.6 g时，放出19.12 kJ热量． 则Fe（s）+S（s）═FeS（s）△H=-95.6 kJ•mol-1 | |
| D． | 已知2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H=-221 kJ•mol-1，则可知C的标准燃烧热为110.5 kJ•mol-1 |
| A． | SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，因此是两性氧化物 | |
| B． | SO2与Cl2均可漂白物质，将二者等物质的量混合，漂白效果会加强 | |
| C． | 将足量Na投入FeCl3溶液中，可将Fe3+直接还原为Fe单质 | |
| D． | 1 mol Na2O2与足量的CO2反应，转移电子的物质的量为1 mol |
| A． | C2H4 | B． | C4H6 | C． | C3H8 | D． | C6H6 |