Question

工業(yè)上常用乙苯作原料生產(chǎn)苯乙烯，相關(guān)反應可表示如下，由于烴類物質(zhì)在高溫下不穩(wěn)定，甚至會分解為碳和氫氣，所以反應溫度一般控制在650℃．

回答下列問題：
（1）工業(yè)上生產(chǎn)苯乙烯的第一步是：在適當催化劑存在下，由苯和乙烯烷基化生成乙苯，請寫出反應的化學方程式

 

．
（2）已知乙苯、苯乙烯和氫氣的燃燒熱（△H）分別為-4607.1kJ?mol^-1、4439.3kJ?mol^-1和-285.8kJ?mol^-1，則△H=

 

kJ?mol^-1
（3）向體積為1L的密閉容器中充入1mol的乙苯，反應達到平衡狀態(tài)時，平?jīng)_I系中乙苯和苯乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)X（i）與溫度的關(guān)系如圖所示：

①在650℃時，氫氣的物質(zhì)的量分數(shù)為

 

；乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

；此溫度下該反應的平衡常數(shù)

 

．
②當溫度高于970℃，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，其原因可能是

 

．
（4）已知某溫度下，當壓強為101.3kPa時，該反應中乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為30%；在相同溫度下，若反應體系中加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率

 

30%（填“＞、=、＜”）．

Answer 1

考點：體積百分含量隨溫度、壓強變化曲線,有關(guān)反應熱的計算

專題：

分析：（1）根據(jù)苯和乙烯發(fā)生加成反應乙苯書寫方程式；
（2）根據(jù)燃燒熱書寫熱化學方程式，結(jié)合蓋斯定律計算；
（3）①C₆H₅C₂H₅（g）

650℃

C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g），根據(jù)方程式知氫氣的物質(zhì)的量分數(shù)與苯乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)相同，即30%，結(jié)合三段式計算轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)；②根據(jù)平衡移動原理知升溫平衡正向移動，苯乙烯的產(chǎn)率增加，但當溫度高于970℃，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，其原因可能是溫度高，剩余的乙苯脫氫碳化；
（4）在相同溫度下，若反應體系中加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則相當對原平衡降壓，平衡正向移動，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率增大．

解答： 解：（1）生產(chǎn)苯乙烯的第一步是生成乙苯，即苯和乙烯發(fā)生加成反應，方程式為：，
故答案為：；
（2）根據(jù)乙苯、苯乙烯和氫氣的燃燒熱（△H）分別為-4607.1kJ?mol^-1、4439.3kJ?mol^-1和-285.8kJ?mol^-1，則有
①C₆H₅C₂H₅（g）+

21

2

O₂（g）

點燃

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

點燃

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

1

2

O₂（g）

點燃

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

650℃

C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g），根據(jù)方程式知氫氣的物質(zhì)的量分數(shù)與苯乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)相同，即0.3，設(shè)轉(zhuǎn)化的C₆H₅C₂H₅的物質(zhì)的量為a
    C₆H₅C₂H₅（g）

650℃

C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始：1mol               0             0
變化：a                 a              a
平衡：1-a               a              a
由圖象知，乙苯的物質(zhì)的量分數(shù)為0.4，

1-a

1+a

=0.4，a=0.4286，所以乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為

a

1

=0.4286，平衡常數(shù)K=

a 2

(1-a)

=

9

28

，故答案為：0.3；0.4286；

9

28

；
②根據(jù)平衡移動原理知升溫平衡正向移動，苯乙烯的產(chǎn)率增加，但當溫度高于970℃，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，其原因可能是溫度高，剩余的乙苯脫氫碳化，故答案為：溫度高，剩余的乙苯脫氫碳化；
（4）在相同溫度下，若反應體系中加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則相當對原平衡降壓，平衡正向移動，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率增大，所以乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率＞30%，故答案為：＞．

點評：本題考查較綜合，涉及平衡常數(shù)的計算、轉(zhuǎn)化率的計算、蓋斯定律等知識點，側(cè)重考查計算、基本理論，會利用三段式法進行分析解答，題目難度不大．