Question

乙苯催化脱氢生产苯乙烯的反应：

（1）已知：

化学键	C－H	C－C	C＝C	H－H
键能/kJ·mol^ˉ1	412	348	612	436

计算上述反应的△H＝_______kJ·mol^－1。

（2）一定温度下，将a mol乙苯加入体积为V L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/100kPa	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_______mol，乙苯的转化率为________。

②计算此温度下该反应的平衡常数K________。

（3）实际生产时反应在常压下进行，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M对乙苯平衡转化率的影响可用右图表示。[M=n(H₂O)/n(乙苯)]

① 比较图中A、B两点对应的平衡常数大小：K_A________K_B

② 图中投料比(M₁、M₂、M₃)的大小顺序为________。

（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

（1）124；（2）① 1.4a；40%；②

（3）①<；②M1＞M2＞M3；（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，故答案为：+124；

（2）①根据阿伏伽德罗定律的推论，同温，同体积条件下，气体的压强之比等于物质的量之比，由方程式可知，平衡时，容器中气体物质的量总和为a mol×=1.4amol，增加的物质的量等于反应的乙苯的物质的量，乙苯的转化率为×100%=40%，故答案为：1.4a； 40%；

②

起始（mol） 1 0 0

反应 0.4 0.4 0.4

平衡 0.6 0.4 0.4

此温度下该反应的平衡常数K===，故答案为：；

（3）① 根据图像，升高温度，乙苯的转化率增大，平衡向正反应方向移动，说明正反应方向为吸热方向，B点温度高于A点，则B点的平衡常数等于A，故答案为：＜；

② 正反应为气体分子数增大的反应，保持温度和压强不变，加入水蒸气，容器体积增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动，因此加入水蒸气，能够提高乙苯的平衡转化率，加入的水蒸气的量越多，乙苯的平衡转化率越大，根据图像，投料比M1＞M2＞M3，故答案为：M1＞M2＞M3；

（4）CO2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：考查了盖斯定律的应用，化学平衡常数、转化率的计算的相关知识。