Question

乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

（1）已知：

化学键	C－H	C－C	C＝C	H－H
键能/kJ·molˉ^1	412	348	612	436

计算上述反应的△H＝____________ 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＝____________ (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。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)示意图如下：

①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实______________。

②控制反应温度为600℃的理由是  ____________。

（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__________(填编号)。

① CO₂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

Answer

(10分)（1）+124 （2）或Kc=na2／(1-a)V

（3）① 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）①②③④

【解析】

试题分析：：（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，故△H=（5×412+348-3×412-612-436）kJ•mol-1=+124kJ•mol-1，

（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[n（1-α）+ nα+nα]/ V′=n/V，故V′=（1+α）V，求得平衡常数K=

（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，高温下可能使催化剂失去活性，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，

故选：①②③④．

考点：考查了用化学平衡常数进行计算、化学平衡的影响因素的相关知识。