Question

【題目】乙苯催化脫氫制苯乙烯反應：

（1）已知：

計算上述反應的△H＝________ kJ·mol－1。

（2）維持體系溫度和總壓強p恒定，在溫度T時，物質的量為n、體積為V的乙苯蒸汽發(fā)生催化脫氫反應。已知乙苯的平衡轉化率為α，則在該溫度下反應的平衡常數(shù)K＝___________(用α等符號表示)。

（3）工業(yè)上，通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質的量之比為1︰9)，控制反應溫度600℃，并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應。在不同反應溫度下，乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產物中苯乙烯的物質的量分數(shù))如右圖所示：

①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉化率，解釋說明該事實 。

②控制反應溫度為600℃的理由是 。

（4）某研究機構用CO2代替水蒸氣開發(fā)了綠色化學合成工藝——乙苯－二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯。保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸汽工藝相比，在相同的生產效率下，可降低操作溫度；該工藝中還能夠發(fā)生反應：CO2＋H2＝CO＋H2O，CO2＋C＝2CO。新工藝的特點有_________(填編號)。

① CO2與H2反應，使乙苯脫氫反應的化學平衡右移

② 不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗

③ 有利于減少積炭

④ 有利于CO2資源利用

Answer 1

【答案】（1）+124

（2）

（3）①正反應方向氣體分子數(shù)增加，加入水蒸氣起稀釋作用，相當于減壓的效果②600℃時，乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高。

（4）①②③④

【解析】試題分析：（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總能鍵能，由有機物的結構可知，應是-CH2CH3中總鍵能與-CH=CH2、H2總鍵能之差，故△H=(5×412+348-3×412-612-436)kJmol-1=+124kJmol-1，故答案為：+124；

（2）物質的量為n的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氫反應，參加反應的乙苯為nα mol，則：

+H2

開始(mol): n 0 0

轉化(mol): nα nα nα

平衡(mol): n(1-α) nα nα

維持體系總壓強p恒定，平衡常數(shù)K═==，故答案為：；

（3）①正反應為氣體分子數(shù)增大的反應，保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向正反應方向移動，提高乙苯的平衡轉化率，故答案為：正反應為氣體分子數(shù)增大的反應，保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向正反應方向移動；

②600℃時乙苯的轉化率與苯乙烯的選擇性均較高，溫度過低，反應速率較慢，轉化率較低，溫度過高，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℃時乙苯的轉化率與苯乙烯的選擇性均較高，溫度過低，反應速率較慢，轉化率較低，溫度過高，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；

（4）①CO2與H2反應，導致氫氣濃度減低，有利于乙苯脫氫反應的化學平衡右移，故正確；②由題目信息可知，在保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸汽工藝相比，在相同的生產效率下，可降低操作溫度，消耗的能量減少，故正確；③由于會發(fā)生反應CO2+C═2CO，有利于減少積炭，故正確；④CO2代替水蒸氣，有利用CO2資源利用，故正確，故答案為：①②③④。