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【题目】苯乙烯是重要的基础有机化工原料。工业中以乙苯催化脱氢来制取苯乙烯:

(g)(g)+H2(g) H=117.6kJ/mol

已知:上述反应的速率方程为v=kP乙苯v=kP苯乙烯P氢气,其中kk分别为正、逆反应速率常数,P为各组分分压。

(1)同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施是_______________

(2)CO2气氛下,乙苯可催化脱氢制苯乙烯,其过程同时存在如图两种途径:

a=______;与掺水蒸汽工艺相比,该工艺中还能够发生反应:CO2+H2=CO+H2OCO2+C=2CO。新工艺的特点有__________(填序号)

a.CO2H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移

b.不用高温水蒸气,可降低能量消耗

c.有利于减少生产过程中可能产生的积炭

d.CO2在反应体系中作催化剂

(3)在实际生产中,往反应釜中同时通入乙苯和水蒸气,加入水蒸气稀释剂能提高乙苯转化率的原因是_______________。测得容器总压(P)和乙苯转化率α随时间变化结果如图所示。平衡时,P(H2O)=_______kPa,平衡常数Kp=____kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算)a处的=_________

【答案】升温 159.2 abc 体系总压不变时,加入水蒸气,相当于反应体系减压,平衡正向移动,乙苯转化率增大 80 45 2.5

【解析】

(1)结合影响化学反应速率和平衡移动的因素分析判断;

(2)①由图片可知H1=H2+H3,据此计算解答;a.CO2H2反应,导致氢气浓度减低,结合平衡的移动判断;b.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;c.结合反应CO2+C═2CO分析判断;d. 根据图示,二氧化碳反应生成了CO,据此分析判断;

(3)根据加入水蒸气对平衡移动的影响分析解答;设起始时n(乙苯)=amoln(H2O)=bmol,利用反应的三段式计算平衡时气体的总物质的量,结合恒温恒容时,气体的物质的量之比等于压强之比,得到ab的关系,再计算乙苯、苯乙烯、氢气的分压,并代入Kp=计算Kp;反应速率v=v-v=kp乙苯=kp苯乙烯p氢气,则v=kp乙苯v=kp苯乙烯p氢气,平衡时v=v,即kp乙苯=kp苯乙烯p氢气,利用反应的三段式计算a点时气体的总物质的量和分压计算。

(1)乙苯催化脱氢反应正向是体积增大的吸热反应,同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施有升温、加压,故答案为:升高温度(或增大压强)

(2)①由图片可知H1=H2+H3=+117.6kJ/mol+(+41.6kJ/mol)=+159.2kJ/mol,即a=+159.2a.CO2H2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a正确;b.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b正确;c.加入的二氧化碳会发生反应CO2+C═2CO,有利于减少积炭,故c正确;d. 根据图示,二氧化碳反应生成了CO,不是催化剂,故d错误;故答案为:+159.2abc

(3) 体系总压不变时,加入水蒸气,相当于反应体系减压,平衡正向移动,乙苯转化率增大,因此在实际生产中,往反应釜中同时通入乙苯和水蒸气,能提高乙苯转化率;设起始时n(乙苯)=amoln(H2O)=bmol

(g)+H2(g)

起始量(mol) a 00

变化量(mol)0.75a0.75a0.75a

平衡量(mol)0.25a0.75a 0.75a

气体的物质的量之比等于压强之比,平衡时=b=4aPH2O=×115kPa=80kPaPH2=P苯乙烯=×115kPa=15kPaP乙苯=P苯乙烯=5kPa,所以平衡常数Kp===45kPa

反应速率v=v-v=kp乙苯-kp苯乙烯p氢气,则v=kp乙苯v=kp苯乙烯p氢气,平衡时v=v,即kp乙苯-kp苯乙烯p氢气,所以==Kp=45kPa

(g)+H2(g)

起始量(mol) a 0 0

变化量(mol)0.6a 0.6a 0.6a

平衡量(mol)0.4a 0.6a 0.6a

气体的物质的量之比等于压强之比,a点时PH2=P苯乙烯=×112kPa=12kPaP乙苯=8kPa,所以=Kp×=45kPa×=2.5,故答案为:体系总压不变时,加入水蒸气,相当于反应体系减压,平衡正向移动,乙苯转化率增大;80452.5

练习册系列答案
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选项

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浓硫酸

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