Question

4．乙苯催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的反應(yīng)：

（1）一定溫度下，將amol乙苯加入體積為VL的密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間與容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)的數(shù)據(jù)如下表．

時(shí)間/min	0	10	20	30	40
總壓強(qiáng)/1000kPa	1.0	1.2	1.3	1.4	1.4

①平衡時(shí)，容器中氣體物質(zhì)的量總和為1.4amol，乙苯的轉(zhuǎn)化率為40%．
②列式計(jì)算此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K$\frac{4a}{15V}$
（2）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析減小壓強(qiáng)對(duì)該反應(yīng)的影響該反應(yīng)分子數(shù)增加，減小壓強(qiáng)使平衡右移，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，苯乙烯產(chǎn)率增加，減小壓強(qiáng)使乙苯濃度減小，反應(yīng)速率減小
（3）實(shí)際生產(chǎn)的反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，且向乙苯蒸氣中摻入水蒸氣，利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算得到溫度和投料比對(duì)乙苯轉(zhuǎn)化率的影響可用圖表示．[M=n（H₂O）/n（乙苯]

①比較圖中A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)平衡常數(shù)大小：K_A＜K_B
②圖中投料比（M₁、M₂、M₃）的大小順序?yàn)镸₁＞M₂＞M₃
③隨著反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復(fù)催化劑的活性，原因是C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂（用化學(xué)方程式表示）

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)壓強(qiáng)與氣體物質(zhì)的量成正比確定反應(yīng)后氣體的總物質(zhì)的量；利用差量法計(jì)算出反應(yīng)消耗乙苯的物質(zhì)的量，然后計(jì)算出乙苯的轉(zhuǎn)化率；
②利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，然后利用平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
（2）該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)后平衡向著氣體體積增大的反應(yīng)方向移動(dòng)；再結(jié)合壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響分析；
（3）①圖象分析可知，隨溫度升高，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，說明升溫平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，AB兩點(diǎn)B點(diǎn)溫度高；
②乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉(zhuǎn)化率越小，據(jù)此分析判斷M的值；
③催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復(fù)催化劑的活性是因?yàn)樘己退�蒸氣在高溫下反�?yīng)生成一氧化碳?xì)怏w和氫氣，除去表面的積碳．

解答 解：（1）①容器容積固定，則容器內(nèi)壓強(qiáng)與氣體的總物質(zhì)的量成正比，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，達(dá)到平衡時(shí)壓強(qiáng)為反應(yīng)前的1.4倍，則平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為：amol×1.4=1.4amol；
平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量增大：1.4amol-amol=0.4amol，設(shè)有x mol 乙苯發(fā)生轉(zhuǎn)化，
△n
    1                      1             1       1
    xmol                                       0.4amol
則：x=$\frac{0.4amol×1}{1}$=0.4amol，
所以乙苯的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.4amol}{amol}$×100%=40%，
故答案為：1.4a；40%；
②發(fā)生反應(yīng)為
反應(yīng)前（mol）    a                    0             0
轉(zhuǎn)化（mol）     0.4a                 0.4a         0.4a
平衡時(shí)（mol）   0.6a                0.4a          0.4a
則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=$\frac{\frac{0.4a}{V}×\frac{0.4a}{V}}{\frac{0.6a}{V}}$=$\frac{4a}{15V}$，
故答案為：$\frac{4a}{15V}$；
（2）根據(jù)反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)中氣體的分子數(shù)增加，則減小壓強(qiáng)后平衡右移，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，苯乙烯產(chǎn)率增加；減小壓強(qiáng)后使乙苯濃度減小，則反應(yīng)速率減小，
故答案為：該反應(yīng)分子數(shù)增加，減小壓強(qiáng)使平衡右移，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，苯乙烯產(chǎn)率增加，減小壓強(qiáng)使乙苯濃度減小，反應(yīng)速率減��；
（3）①圖象分析可知，隨溫度升高，乙苯轉(zhuǎn)化率增大，說明升溫平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，AB兩點(diǎn)B點(diǎn)溫度高，平衡正向進(jìn)行程度大，平衡常數(shù)B點(diǎn)大，K_A＜K_B，
故答案為：＜；
②乙苯量越多，投料比越小，乙苯轉(zhuǎn)化率越小，據(jù)此分析判斷M的值，M₁＞M₂＞M₃，
故答案為：M₁＞M₂＞M₃；
③催化劑上的少量積炭使其活性減弱，水蒸氣有助于恢復(fù)催化劑的活性是因?yàn)樘己退�蒸氣在高溫下反�?yīng)生成一氧化碳?xì)怏w和氫氣，除去表面的積碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡的計(jì)算中的應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．