题目内容

12．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

（1）已知：
化学键C-HC-CC=CH-H
键能/kJ•molˉ1412348612436
计算上述反应的△H=+124 kJ•mol-1．
（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=$\frac{n{α}^{2}}{（1-{α}^{2}）v}$（用α等符号表示）．
（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．
图1是指：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．请回答：

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方向气体分子数增加，加入水蒸气起稀释，相当于起减压的效果．
②控制反应温度为600℃的理由是600℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高．温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降．高温还可能使催化剂失活，且能耗大
（4）乙苯催化脱氢制苯乙烯，另一产物氢气可用于工业制HCl．而O2将HCl转化为Cl2，2HCl（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?H2O（g）+Cl2（g）△H＜0．新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的反应具有更好的催化活性，图1是实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl-T曲线．
①A、B两点的平衡常数K（A）与K（B）中较大的是K（A）．
②在上述实验中若压缩体积使压强增大，请在图2画出相应αHCl-T曲线的示意图．
③下列措施中有利于提高αHCl的有BD．
A、增大n（HCl）        B、增大n（O2）      C、使用更好的催化剂       D、移去H2O．

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，在温度T时，由PV=nRT可知，混合气体总浓度不变，设反应后的体积为V′，则$\frac{n（1-α）+nα+nα}{V}$=$\frac{n}{V}$，故V′=（1+α）V，再根据平衡常数表达式K=$\frac{c（苯乙烯）×c（氢气）}{c（乙苯）}$计算解答；
（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）①由图可知，温度越高，平衡时HCl的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
②正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大；
③改变措施有利于提高αHCl，应使平衡向正反应方向移动，注意不能只增加HCl的浓度．

解答 解：（1）反应热=反应物总键能-生成物总能键能，乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
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=（5×412+348-3×412-612-436）kJ•mol-1=+124kJ•mol-1，
故答案为：+124；
（2）物质的量为n、体积为V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，在温度T时，由PV=nRT可知，混合气体总浓度不变，设反应后的体积为V′，则$\frac{n（1-α）+nα+nα}{{v}^{′}}$=$\frac{n}{V}$，故V′=（1+α）V，再根据平衡常数表达式K=$\frac{c（苯乙烯）×c（氢气）}{c（乙苯）}$=$\frac{\frac{nα}{（1+α）v}×\frac{nα}{（1+α）v}}{\frac{n（1-α）}{（1+α）v}}$=$\frac{n{α}^{2}}{（1-{α}^{2}）v}$，
故答案为：$\frac{n{α}^{2}}{（1-{α}^{2}）v}$；
（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：正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气起稀释，相当于起减压的效果；
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，高温下可能使催化剂失去活性，且消耗能量较大．
（4）①由图可知，温度越高，平衡时HCl的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0，化学平衡常数减小，即K（A）＞K（B），
故答案为：K（A）；
②正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大，故压缩体积使压强增大，画相应αHCl～T曲线的示意图为：
，
故答案为：；


③A．增大n（HCl），HCl浓度增大，平衡右移，但HCl的转化率降低，故A错误；
B．增大n（O2），氧气浓度增大，平衡右移，HCl的转化率提高，故B正确；
C．使用更好的催化剂，加快反应速率，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，HCl的转化率不变，故C错误；
D．移去生成物H2O，有利于平衡右移，HCl的转化率增大，故D正确；
故答案为：BD．

点评 本题考查反应热计算、化学平衡常数计算、平衡移动的影响因素、对条件控制的分析评价等，（1）中应是-CH2CH3中总键能与-CH=CH2、H2总键能之差，（2）中平衡常数计算为易错点、难点，注意温度、压强不变，容器的体积发生变化，学生容易认为容器的体积不变，（4）的难点为画αHCl～T曲线，较好的考查的分析解决问题的能力，题目难度较大．

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8．一定条件下，可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数．在恒温恒压条件下，总压不变，用平衡分压计算平衡常数更方便．下列说法不正确的是（　　）
A．对于C2H4 （g）+H2O（g）?C2H5OH（g），在一定条件下达到平衡状态时，体系的总压强为P，其中C2H4（g）、H2O（g）、C2H5OH（g）均为2 mol，则用分压表示的平衡常数Kp=$\frac{3}{P}$
B．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）达到平衡状态时，N2、H2、NH3各1mol，若此时再充入3mol N2，则平衡正向移动
C．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，反应2A（g）+B（g）?2C（g）达到平衡时，A、B和 C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol，若此时A、B和C均减少1 mol，平衡逆向移动
D．对于一定条件下的某一可逆反应，用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数，其数值不同，但意义相同，都只与温度有关
9．下列金属防腐的措施中，属于牺牲阳极的阴极保护法的是（　　）
A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护拦表面涂漆
C．汽水底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接锌板
6．下列说法不正确的是（　　）
A．增大压强，活化分子百分数不变，化学反应速率增大
B．升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率增大
C．使用正催化剂，活化分子百分数增大，化学反应速率增大
D．加入反应物，活化分子百分数增大，化学反应速率增大
7．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料．
（1）工业上一般以CO和H2为原料在密闭容器中合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1．在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律．图1是上述三种温度下H2和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是270℃；该温度下上述反应的化学平衡常数为4；
（2）图2是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极．工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同．

I．甲中负极的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
II．乙中反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4 ；A极析出的气体在标准状况下的体积为2.24L．
III．丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图3，则图中②线表示的是Fe2+的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要280 mL 5.0mol•L-1 NaOH溶液．
17．工业上可用CO或CO2来生产燃料甲醇．已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
化学反应平衡
常数		温度/℃
500800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）K12.50.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）K21.02.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）K3
（1）据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=K1•K2（用K1、K2表示）．
500℃时测得反应③在某时刻，H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O（g）的浓度（mol•L-1）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正＞v逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c（CO）-反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是将容器的体积（快速）压缩至2 L．
4．某课外小组设计的实验室制取乙酸乙酯的装置如图所示，A中盛有浓H2SO4，B中盛有乙醇、无水醋酸钠，D中盛有饱和碳酸钠溶液．
已知：①无水氯化钙可与乙醇形成难溶于水的CaCl2•6C2H5OH．
②有关有机物的沸点：
试剂乙醚乙醇乙酸乙酸乙酯
沸点（℃）34.778.511877.1
请回答：
（1）浓硫酸的作用催化剂、吸水剂；若用同位素18O示踪法确定反应产物水分子中氧原子的提供者（设18O℃在CH3CH2OH中），写出能表示18O位置的化学方程式CH3COOH+CH3CH218OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH3CO18OC2H5+H2O．
（2）球形干燥管C的作用是防止倒吸、冷凝．若反应前向D中加入几滴酚酞，溶液呈红色，产生此现象的原因是（用离子方程式表示）：CO32-+H2O?HCO3-+OH-；反应结束后D中的现象是溶液分层，上层无色油体液体，下层溶液颜色变浅．
（3）从D中分离出的乙酸乙酯中常含有一定量的乙醇、乙醚和水，应先加入无水氯化钙，分离出乙醇（或CaCl2•6C2H5OH）；再加入无水硫酸钠，然后进行蒸馏，收集产品乙酸乙酯时，温度应控制在77.1℃左右．
1．城市垃圾中，生活垃圾占有很大的比例．下列生活垃圾的分类正确的是（　　）
A．瓜皮果壳--可回收垃圾B．塑料--危险废物
C．厨余垃圾--有机垃圾D．易拉罐--不可回收垃圾
2．根据要求填下列装置的序号：

（1）分离Na2CO3溶液和CH3COOC2H5（难溶于水的液体），选③，操作名称为分液．
（2）用CCl4提取碘水中的碘，选③，操作名称为萃取分液．
（3）用氢氧化钠溶液吸收CO2，选⑤，操作名称为洗气．
（4）用自来水制取纯净水，选④，操作名称为蒸馏．

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