题目内容

【题目】苯乙烯是一种重要的化工原料,可采用乙苯催化脱氢法制备,反应如下: (g) (g)+H2(g) △H=+17.6kJ/mol。

(1)从温度和压强角度分析提高乙苯平衡转化率可采取的措施有___________。

(2)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1:4),测得容器总压和乙苯转化率随时间变化结果如图所示。

①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实__________。

平衡常数Kp=_______kPa(Kp为以分压表示的平衡常数)

②反应速率V=V正-V逆=k正P乙苯-k逆p苯乙烯p氢气,k正、k逆分别为正逆反应速率常数。计算a处的______。

(3)CO2气氛下乙苯催化脱氢可同时存在图1两种途径:

①b=_______kJ/mol。

②途径I的反应历程图所示,下列说法正确的是______________。

a.CO2为氧化剂

b.状态1到状态2形成了O-H键

c.中间产物只有()

d.该催化剂可提高乙苯的平衡转化率

③在相同的容器中,不同p(CO2)的条件下,进行相同的反应时间,p(CO2)与乙苯转化率关系如图,分析,p(CO2)为15kPa时乙苯转化率最高的因____________________。

【答案】升温、降压 乙苯蒸气中掺混水蒸气,可以达到减小乙苯蒸气分压的作用,减压有利于平衡正向移动,可以提高乙苯的平衡转化率 45 2.5 59.2 a、b p(CO2)压强增大,反应速率加快,乙苯转化率增多,当p(CO2)大于15kPa,由于催化剂表面有限,能吸附的乙苯量下降,反应速率减慢,乙苯转化率下降

【解析】

(1)(g) (g)+H2(g) △H=+17.6kJ/mol是吸热反应,又是气体体积增大的反应;

(2)气体体积增大的反应,利用减小压强,平衡正向移动;根据反应三段式分析计算;

反应速率v=v正-v逆=k正p乙苯-k逆p苯乙烯p氢气,则v正=k正p乙苯,v逆=k逆p苯乙烯p氢气,平衡时v正=v逆,即k正p乙苯-k逆p苯乙烯p氢气,所以计算;

(3)①由图片可知b=17.6J/mol+41.6J/mol;

②反应过程中CO2转化为CO,C的化合价降低,被还原;状态1到状态2过程中在催化剂表面生成了”HO-C=O“和等中间产物;催化剂可加快反应速率,但不影响反应进程;

③由反应途径I图片可知乙苯催化脱氢被催化剂吸附,在催化剂表面进行,随着CO2压强增大,反应物浓度增大,反应速率加快,但压强过大时,会导致催化剂吸附乙苯的机能降低,乙苯平衡转化率反而降低。

(1)(g) (g)+H2(g) △H=+17.6kJ/mol是气体体积增大的吸热反应,升高温度和减小压强,平衡向正反应方向移动,则提高乙苯平衡转化率可采取的措施有升温、降压,故答案为:升温、降压;

(2)①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实乙苯蒸气中掺混水蒸气,可以达到减小乙苯蒸气分压的作用,减压有利于平衡正向移动,可以提高乙苯的平衡转化率。

原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1:4,根据PV=nRT,其它条件相同时,物质的量之比等于压强比,原料气中P水蒸气=80Kpa,P乙苯=20Kpa,平衡时P乙苯=20Kpa(1-75%)=5Kpa,P苯乙烯=20Kpa×75%=15Kpa,P氢气=20Kpa×75%=15Kpa,平衡常数Kp==45kPa,故答案为:45;

②反应速率V=V正-V逆=k正P乙苯-k逆p苯乙烯p氢气,k正、k逆分别为正逆反应速率常数,a处的,故答案为:2.5;

(3)①由盖斯定律可知b=17.6J/mol+41.6J/mol= 59.2kJ/mol,故答案为:59.2;

②a.反应过程中CO2转化为CO,C的化合价降低,被还原,是氧化剂,故a正确;

b.状态1到状态2过程中在催化剂表面生成了”HO-C=O“等中间产物,形成了O-H键,故b正确;

c.状态1到状态2过程中在催化剂表面生成了”HO-C=O“和等中间产物,故c错误;

d.催化剂可加快反应速率,但不影响反应进程,故d错误;

ab正确,故答案为:ab;

③在相同的容器中,不同p(CO2)的条件下,进行相同的反应时间,p(CO2)与乙苯转化率关系如图3,p(CO2)为15kPa时乙苯转化率最高的原因:p(CO2)压强增大,反应速率加快,乙苯转化率增多,当p(CO2)大于15kPa,由于催化剂表面有限,能吸附的乙苯量下降,反应速率减慢,乙苯转化率下降,故答案为:p(CO2)压强增大,反应速率加快,乙苯转化率增多,当p(CO2)大于15kPa,由于催化剂表面有限,能吸附的乙苯量下降,反应速率减慢,乙苯转化率下降。

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