Question

【題目】苯乙烯是生產(chǎn)塑料和合成橡膠的重要基本有機(jī)原料，乙苯催化脫氧法是目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)苯乙烯的主要方法，其化學(xué)方程式為：

（1）若升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)變大，則ΔH____________（填“大于0”或“小于0”）。該反應(yīng)在_______________條件下能自發(fā)進(jìn)行（填“較高溫度”、“較低溫度”或“任何溫度”）。

（2）維持體系總壓強(qiáng)ρ恒定，在溫度T時(shí)，物質(zhì)的量為2mol、體積為1L的乙苯蒸汽發(fā)生催化脫氫反應(yīng)。已知乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____。

（3）在體積為2L的恒溫密閉容器中通入2mol乙苯蒸汽，2分鐘后達(dá)到平衡，測(cè)得氫氣的濃度是0.5mol/L，則乙苯蒸汽的反應(yīng)速率為_________________；維持溫度和容器體積不變，向上述平衡中再通入1mol氫氣和1mol乙苯蒸汽，則v正_______v逆（填“大于”、“小于”或“等于”）

（4）工業(yè)上，通常在乙苯蒸汽中摻混水蒸氣（原料中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1:9），控制反應(yīng)溫度600℃，并保持體系總壓為常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在不同反應(yīng)溫度下，乙苯的平衡轉(zhuǎn)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(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）示意圖如下：

①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說(shuō)明該事實(shí)_________________________。

②控制反應(yīng)溫度為600℃的理由是_____________________。

（5）某燃料電池以乙苯為燃料，Li2CO3與K2CO3混合的碳酸鹽為電解質(zhì)的高溫型燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________________，正極上通入的氣體為______________。

Answer 1

【答案】 △H大于0 較高溫度 32/9 mol/L 0.25mol·L-1·min-1 等于 正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加，加入水蒸氣起稀釋，相當(dāng)于起減壓的效果 600℃時(shí)，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過(guò)低，反應(yīng)速率慢，轉(zhuǎn)化率低；溫度過(guò)高，選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活，且能耗大 -42e-+21CO32--→5H2O+29CO2 O2（或空氣）、CO2

【解析】(1)若升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)變大，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，表明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則ΔH＞0。該反應(yīng)的ΔS＞0，根據(jù)△G=△H-T△S可知，在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：大于；較高溫度；

(2)物質(zhì)的量為2mol、體積為1L的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氫反應(yīng)

參加反應(yīng)的乙苯為1.6mol，則：

(g) (g)+H2(g)

開(kāi)始(mol)：n 0 0

轉(zhuǎn)化(mol)：1.61.6 1.6

平衡(mol)：0.4 1.6 1.6

維持體系總壓強(qiáng)p恒定，在溫度T時(shí)，由PV=nRT可知，混合氣體總濃度不變，設(shè)反應(yīng)后的體積為V′，則=，故V′=1.8L，平衡常數(shù)K= = = ，故答案為： ；

(3)v(H2)= =0.25 mol·L-1·min-1，根據(jù)方程式有v()=v(H2)= =0.25 mol·L-1·min-1，平衡時(shí)乙苯、苯乙烯、氫氣的濃度分別為0.5mol/L，0.5mol/L，0.5mol/L，平衡常數(shù)為=0.5，維持溫度和容器體積不變，向上述平衡中再通入1mol氫氣和1mol乙苯蒸汽，Qc==0.5=K，平衡不移動(dòng)，v正=v逆，故答案為：0.25 mol·L-1·min-1；等于；

(4)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，保持壓強(qiáng)不變，加入水蒸氣，容器體積應(yīng)增大，等效為降低壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，

故答案為：正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，保持壓強(qiáng)不變，加入水蒸氣，容器體積應(yīng)增大，等效為降低壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；

②600℃時(shí)乙苯的轉(zhuǎn)化率與苯乙烯的選擇性均較高，溫度過(guò)低，反應(yīng)速率較慢，轉(zhuǎn)化率較低，溫度過(guò)高，選擇性下降，高溫下可能失催化劑失去活性，且消耗能量較大，故選擇600℃左右，故答案為：600℃時(shí)乙苯的轉(zhuǎn)化率與苯乙烯的選擇性均較高，溫度過(guò)低，反應(yīng)速率較慢，轉(zhuǎn)化率較低，溫度過(guò)高，選擇性下降，高溫下可能失催化劑失去活性，且消耗能量較大；

(5)燃料電池是以乙苯為燃料，Li2CO3與K2CO3混合的碳酸鹽為電解質(zhì)的高溫型燃料電池，燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)-42e-+21CO32-=5H2O+29CO2，正極是通入氧氣、二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)，故答案為：-42e-+21CO32-=5H2O+29CO2；O2(或空氣)、CO2。