Question

15．工业上用乙苯为原料制苯乙烯．
（1）Ⅰ．采用乙苯与CO₂脱氢生产重要化工原料苯乙烯

（1）①乙苯与CO₂反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH=CH}_{2}）?c（CO）?c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH}_{2}{CH}_{3}）?c（{CO}_{2}）}$．
②下列叙述不能说明乙苯与CO₂反应已达到平衡状态的是bc．
a．v_正（CO）=v_逆（CO）
b．c（CO₂）=c（CO）
c．消耗1 mol CO₂同时生成1 mol H₂O
d．CO₂的体积分数保持不变
（2）在3 L密闭容器内，乙苯与CO₂的反应在三种不同的条件下进行实验，乙苯、CO₂的起始浓度分别为1.0 mol/L和3.0 mol/L，其中实验Ⅰ在T₁℃，0.3 Mpa，而实验Ⅱ、Ⅲ分别改变了实验其他条件；乙苯的浓度随时间的变化如图Ⅰ所示．

①实验Ⅰ乙苯在0～50 min内的反应速率为0.012mol/（L•min）．
②实验Ⅱ可能改变条件的是加催化剂．
③图Ⅱ是实验Ⅰ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线，请在图Ⅱ中补画实验Ⅲ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线．
（3）若实验Ⅰ中将乙苯的起始浓度改为1.2 mol/L，保持其他条件不变，乙苯的转化率将减小（填“增大”“减小”或“不变”），计算此时平衡常数为0.225．
（2）Ⅱ．利用乙苯的脱氢反应制苯乙烯．

达到平衡后改变反应条件，图（Ⅲ）中曲线变化不正确的是B．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①乙苯与CO₂反应的平衡常数表达式为K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
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；
（2）①实验I乙苯在0-50min内浓度变化量为（1-0.4）mol/L=0.6mol/L，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②实验Ⅱ与实验I相比，反应速率加快，但平衡不移动，应是加入催化剂；
③实验Ⅲ与实验I相比，反应速率加快，开始阶段相同时间内实验Ⅲ中苯乙烯的体积分数较大，但平衡时乙苯的浓度增大，平衡逆向移动，平衡时苯乙烯的体积分数小于实验I；
（3）若实验I中将乙苯的起始浓度改为1.2mol/L，其他条件不变，等效压强增大到达平衡后在移走部分二氧化碳，增大压强平衡逆向移动，移走二氧化碳平衡逆向移动；
计算实验Ⅰ中平衡时时各组分的浓度，代入平衡常数K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$计算；
Ⅱ．该反应正方向是气体体积增大的方向，正反应为吸热反应；根据温度、压强对平衡的影响分析；

解答 解：Ⅰ．（1）①乙苯与CO₂反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH=CH}_{2}）?c（CO）?c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH}_{2}{CH}_{3}）?c（{CO}_{2}）}$；
②a．当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质），v_正（CO）=v_逆（CO），反应达到平衡状态，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．消耗1molCO₂为正速率，同时生成1molH₂O也是正速率，都是正速率，二者始终相等，不能说明已经达到平衡状态，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；故选bc．
故答案为：bc；
（2）①根据图I中可知，0-50min时乙苯的浓度变化为：1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，则乙苯的反应速率v=$\frac{0.6mol/L}{50min}$=0.012mol/（L•min），
故答案为：0.012mol/（L•min）；
②实验Ⅱ与实验I相比，反应速率加快，但平衡不移动，应是加入催化剂，故答案为：加催化剂；
③实验Ⅲ与实验I相比，反应速率加快，开始阶段相同时间内实验Ⅲ中苯乙烯的体积分数较大，但平衡时乙苯的浓度增大，平衡逆向移动，平衡时苯乙烯的体积分数小于实验I，则实验Ⅲ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线为，
故答案为：；
（3）若实验I中将乙苯的起始浓度改为1.2mol/L，其他条件不变，等效压强增大到达平衡后在移走部分二氧化碳，增大压强平衡逆向移动，移走二氧化碳平衡逆向移动，故所以乙苯的转化率减小；
根据图I中实验1可知，0-50min时乙苯的浓度变化为1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L 
                               C₆H₅CH₂CH₃+CO₂?C₆H₅CH=CH₂ +CO+H₂O
起始浓度（mol/L）：1.0               3.0                 0          0       0
反应浓度（mol/L）：0.6              0.6               0.6        0.6     0.6
平衡浓度（mol/L）：0.4             2.4                0.6        0.6      0.6
则平衡常数K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$=$\frac{0.6×0.6×0.6}{0.4×2.4}$=0.225，
故答案为：减小；0.225；
Ⅱ．A．该反应的正方向为吸热反应，升温平衡向着正方向移动，乙苯的转化率升高，故A正确；
B．该反应的正方向为吸热反应，升温平衡向着正向移动，平衡常数增大，故B错误；
C．增大压强，正反应速率增大，故C正确；
D．该反应是体积增大的反应，增大压强，平衡向着逆方向移动，苯乙烯的转化率减小，故D正确．
故答案为：B．

点评 本题考查化学平衡影响因素、反应速率计算、化学平衡常数的计算，题目难度中等，作图为易错点，学生容易考虑到达平衡时间及苯乙烯体积分数，易忽略开始阶段相同时间内实验Ⅲ中苯乙烯的体积分数较大．