Question

工业上常用乙苯作原料生产苯乙烯，相关反应可表示如下，由于烃类物质在高温下不稳定，甚至会分解为碳和氢气，所以反应温度一般控制在650℃．

回答下列问题：
（1）工业上生产苯乙烯的第一步是：在适当催化剂存在下，由苯和乙烯烷基化生成乙苯，请写出反应的化学方程式

 

．
（2）已知乙苯、苯乙烯和氢气的燃烧热（△H）分别为-4607.1kJ?mol^-1、4439.3kJ?mol^-1和-285.8kJ?mol^-1，则△H=

 

kJ?mol^-1
（3）向体积为1L的密闭容器中充入1mol的乙苯，反应达到平衡状态时，平冲I系中乙苯和苯乙烯的物质的量分数X（i）与温度的关系如图所示：

①在650℃时，氢气的物质的量分数为

 

；乙苯的平衡转化率为

 

；此温度下该反应的平衡常数

 

．
②当温度高于970℃，苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是

 

．
（4）已知某温度下，当压强为101.3kPa时，该反应中乙苯的平衡转化率为30%；在相同温度下，若反应体系中加入稀释剂水蒸气并保持体系总压为101.3kPa，则乙苯的平衡转化率

 

30%（填“＞、=、＜”）．

Answer 1

考点：体积百分含量随温度、压强变化曲线,有关反应热的计算

专题：

分析：（1）根据苯和乙烯发生加成反应乙苯书写方程式；
（2）根据燃烧热书写热化学方程式，结合盖斯定律计算；
（3）①C₆H₅C₂H₅（g）

650℃

C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g），根据方程式知氢气的物质的量分数与苯乙烯的物质的量分数相同，即30%，结合三段式计算转化率和平衡常数；②根据平衡移动原理知升温平衡正向移动，苯乙烯的产率增加，但当温度高于970℃，苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是温度高，剩余的乙苯脱氢碳化；
（4）在相同温度下，若反应体系中加入稀释剂水蒸气并保持体系总压为101.3kPa，则相当对原平衡降压，平衡正向移动，乙苯的平衡转化率增大．

解答： 解：（1）生产苯乙烯的第一步是生成乙苯，即苯和乙烯发生加成反应，方程式为：，
故答案为：；
（2）根据乙苯、苯乙烯和氢气的燃烧热（△H）分别为-4607.1kJ?mol^-1、4439.3kJ?mol^-1和-285.8kJ?mol^-1，则有
①C₆H₅C₂H₅（g）+

21

2

O₂（g）

点燃

8CO₂（g）+5H₂O（l）△H₁=-4607.1kJ/mol
②C₆H₅-CH=CH₂（g）+10O₂（g）

点燃

8CO₂（g）+4H₂O（l）△H₂=-4439.3kJ/mol
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）

点燃

H₂O（l）△H₃=-285.8kJ/mol，
①-②-③得△H=+118kJ/mol，故答案为：+118；
（3）①C₆H₅C₂H₅（g）

650℃

C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g），根据方程式知氢气的物质的量分数与苯乙烯的物质的量分数相同，即0.3，设转化的C₆H₅C₂H₅的物质的量为a
    C₆H₅C₂H₅（g）

650℃

C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始：1mol               0             0
变化：a                 a              a
平衡：1-a               a              a
由图象知，乙苯的物质的量分数为0.4，

1-a

1+a

=0.4，a=0.4286，所以乙苯的平衡转化率为

a

1

=0.4286，平衡常数K=

a 2

(1-a)

=

9

28

，故答案为：0.3；0.4286；

9

28

；
②根据平衡移动原理知升温平衡正向移动，苯乙烯的产率增加，但当温度高于970℃，苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是温度高，剩余的乙苯脱氢碳化，故答案为：温度高，剩余的乙苯脱氢碳化；
（4）在相同温度下，若反应体系中加入稀释剂水蒸气并保持体系总压为101.3kPa，则相当对原平衡降压，平衡正向移动，乙苯的平衡转化率增大，所以乙苯的平衡转化率＞30%，故答案为：＞．

点评：本题考查较综合，涉及平衡常数的计算、转化率的计算、盖斯定律等知识点，侧重考查计算、基本理论，会利用三段式法进行分析解答，题目难度不大．