Question

4．乙苯催化脱氢生产苯乙烯的反应：

（1）一定温度下，将amol乙苯加入体积为VL的密闭容器中，发生上述反应，反应时间与容器内气体总压强的数据如下表．

时间/min	0	10	20	30	40
总压强/1000kPa	1.0	1.2	1.3	1.4	1.4

①平衡时，容器中气体物质的量总和为1.4amol，乙苯的转化率为40%．
②列式计算此温度下该反应的平衡常数K$\frac{4a}{15V}$
（2）根据化学反应原理，分析减小压强对该反应的影响该反应分子数增加，减小压强使平衡右移，乙苯转化率增大，苯乙烯产率增加，减小压强使乙苯浓度减小，反应速率减小
（3）实际生产的反应在常压下进行，且向乙苯蒸气中掺入水蒸气，利用热力学数据计算得到温度和投料比对乙苯转化率的影响可用图表示．[M=n（H₂O）/n（乙苯]

①比较图中A、B两点对应平衡常数大小：K_A＜K_B
②图中投料比（M₁、M₂、M₃）的大小顺序为M₁＞M₂＞M₃
③随着反应的进行，催化剂上的少量积炭使其活性减弱，水蒸气有助于恢复催化剂的活性，原因是C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂（用化学方程式表示）

Answer 1

分析 （1）①根据压强与气体物质的量成正比确定反应后气体的总物质的量；利用差量法计算出反应消耗乙苯的物质的量，然后计算出乙苯的转化率；
②利用三段式计算出平衡时各组分的物质的量，然后利用平衡常数表达式计算出该温度下该反应的平衡常数；
（2）该反应为气体体积增大的反应，减小压强后平衡向着气体体积增大的反应方向移动；再结合压强对反应速率的影响分析；
（3）①图象分析可知，随温度升高，乙苯转化率增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应，AB两点B点温度高；
②乙苯量越多，投料比越小，乙苯转化率越小，据此分析判断M的值；
③催化剂上的少量积炭使其活性减弱，水蒸气有助于恢复催化剂的活性是因为碳和水蒸气在高温下反应生成一氧化碳气体和氢气，除去表面的积碳．

解答 解：（1）①容器容积固定，则容器内压强与气体的总物质的量成正比，根据表中数据可知，达到平衡时压强为反应前的1.4倍，则平衡时气体的总物质的量为：amol×1.4=1.4amol；
平衡时气体的物质的量增大：1.4amol-amol=0.4amol，设有x mol 乙苯发生转化，
△n
    1                      1             1       1
    xmol                                       0.4amol
则：x=$\frac{0.4amol×1}{1}$=0.4amol，
所以乙苯的转化率为：$\frac{0.4amol}{amol}$×100%=40%，
故答案为：1.4a；40%；
②发生反应为
反应前（mol）    a                    0             0
转化（mol）     0.4a                 0.4a         0.4a
平衡时（mol）   0.6a                0.4a          0.4a
则该反应的平衡常数为：K=$\frac{\frac{0.4a}{V}×\frac{0.4a}{V}}{\frac{0.6a}{V}}$=$\frac{4a}{15V}$，
故答案为：$\frac{4a}{15V}$；
（2）根据反应方程式可知，该反应中气体的分子数增加，则减小压强后平衡右移，乙苯转化率增大，苯乙烯产率增加；减小压强后使乙苯浓度减小，则反应速率减小，
故答案为：该反应分子数增加，减小压强使平衡右移，乙苯转化率增大，苯乙烯产率增加，减小压强使乙苯浓度减小，反应速率减小；
（3）①图象分析可知，随温度升高，乙苯转化率增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应，AB两点B点温度高，平衡正向进行程度大，平衡常数B点大，K_A＜K_B，
故答案为：＜；
②乙苯量越多，投料比越小，乙苯转化率越小，据此分析判断M的值，M₁＞M₂＞M₃，
故答案为：M₁＞M₂＞M₃；
③催化剂上的少量积炭使其活性减弱，水蒸气有助于恢复催化剂的活性是因为碳和水蒸气在高温下反应生成一氧化碳气体和氢气，除去表面的积碳，反应的化学方程式为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡的计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．