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4.[2015.浙江理综,28(2)(3)(4)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
(2)维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。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=________(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)示意图如下:
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,与掺水蒸气工艺相比,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有利于CO2资源利用
答案 (2)p mol.L-1或 mol.L-1
(3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果
②600 ℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大
(4)①②③④
解析 (2)根据反应:
起始物质的量 n 0 0
改变物质的量 nα nα nα
平衡物质的量 (1-α)n nα nα
平衡时体积为(1+α)V
平衡常数K== mol.L-1
另外利用分压也可以计算出:Kp=p mol.L-1
(3)①正反应方向气体分子数增加,掺入水蒸气作稀释剂,相当于降低反应体系的分压,平衡正向移动,可以提高平衡转化率;②由图可知,温度为600 ℃时,乙苯的平衡转化率较大,苯乙烯的选择性较高。
(4)①CO2与H2反应,H2浓度减小,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移,正确;②不用高温水蒸气,可降低能量消耗,正确;③CO2能与碳反应,生成CO,减少积炭,正确;④充分利用CO2资源,正确。故选①②③④。