Question

【題目】苯乙烯（）是生產各種塑料的重要單體，可通過乙苯催化脫氫制得：

（g）（g）+H2（g） △H

(1)已知：

化學鍵	C-H	C-C	C=C	H-H
鍵能/kJ/mol	412	348	612	436

計算上述反應的△H＝________ kJ·mol－1。

(2)500℃時，在恒容密閉容器中，充入a mol乙苯，反應達到平衡后容器內氣體的壓強為P；若再充入bmol的乙苯，重新達到平衡后容器內氣體的壓強為2P，則a_______b（填“＞” “＜”或“=”），乙苯的轉化率將________（填“增大” “減小”或“不變”）。

(3)工業上，通常在乙苯（EB）蒸氣中摻混N2（原料氣中乙苯和N2的物質的量之比為1︰10，N2不參與反應），控制反應溫度600℃，并保持體系總壓為0.1Mpa不變的條件下進行反應。在不同反應溫度下，乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性（指除了H2以外的產物中苯乙烯的物質的量分數）示意圖如下：

①A，B兩點對應的正反應速率較大的是________。

②摻入N2能提高乙苯的平衡轉化率，解釋說明該事實___________________________。

③用平衡分壓代替平衡濃度計算600℃時的平衡常數Kp=________。（保留兩位有效數字，分壓=總壓×物質的量分數）

④控制反應溫度為600℃的理由是___________________________。

Answer 1

【答案】+124 ＜ 減小 B 正反應方向氣體分子數增加，加入氮氣稀釋，相當于起減壓的效果 0.019MPa 600℃時，乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應速率慢，轉化率低；溫度過高，選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活，且能耗大

【解析】

(1)焓變=反應物總鍵能-生成物總鍵能，由有機物的結構可知，應是-CH2CH3中總鍵能與-CH=CH2、H2總鍵能之差，故△H=(5×412+348-3×412-612-436)kJmol-1=+124kJmol-1；

(2)該反應為氣體增多的反應；假設a=b，且在充入b mol乙苯時將容器體積擴大為原來的2倍，則此時達到等效平衡，壓強依然為P，實際情況時容器體積不變，則需將容器體積壓縮至和原平衡相同，假設此過程中平衡不移動，則壓縮后壓強為2P，但實際情況是壓縮體積時平衡會逆向移動，壓強減小，即平衡后壓強小于2P，若想要壓強達到2P，則需要充入更多的乙苯，所以a＜b；恒容充入乙苯，體系壓強增大，平衡會在等效平衡的基礎上左移，導致乙苯的轉化率減小；

(3)①A點和B點溫度相同，容器恒壓，則充入氮氣后容器體積變大，氣體濃度減小，濃度越小反應速率越小，所以B點正反應速率較大；

②保持總壓不變，充入N2，容器體積增大，各組分的濃度同倍數減小，相當于減小壓強，利于反應正向進行，乙苯轉化率增大；

③600℃時乙苯的轉化率為40%，不妨設設初始投料為1mol乙苯，則轉化乙苯0.4mol，剩余0.6mol，根據方程式(g)(g)+H2(g)可知，生成苯乙烯0.4mol，氫氣0.4mol，壓強之比等于氣體物質的量之比，總壓強為0.1MPa，則p(乙苯)=，p(苯乙烯)=p(H2)=，則平衡常數Kp==0.019MPa；

④由于600℃時，乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應速率慢，轉化率低；溫度過高，選擇性下降，過高溫度還可能使催化劑失活，且能耗大，所以控制反應溫度為600℃。