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_p=___________(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)示意图如图：

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)。

①CO₂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有利用CO₂资源利用

Answer

（1）+124；（2） ；（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；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，高温下可能使催化剂失去活性，且消耗能量较大；（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，故答案为：+124；

（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=，故V′=（1+α）V，平衡常数K= == ，故答案为：；

（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。

【考点定位】考查化学平衡常数的计算、化学平衡的影响因素

【名师点晴】本题考查反应热计算、化学平衡常数计算、反应速率及平衡移动的影响因素、对条件控制的分析评价等，（1）中认为苯环存在单双键交替形式不影响计算结果，（2）中平衡常数计算为易错点、难点，注意温度、压强不变，容器的体积发生变化，学生容易认为容器的体积不变，题目难度较大。