Question

15．工業(yè)上用乙苯為原料制苯乙烯．
（1）Ⅰ．采用乙苯與CO₂脫氫生產(chǎn)重要化工原料苯乙烯

（1）①乙苯與CO₂反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH=CH}_{2}）?c（CO）?c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH}_{2}{CH}_{3}）?c（{CO}_{2}）}$．
②下列敘述不能說明乙苯與CO₂反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是bc．
a．v_正（CO）=v_逆（CO）
b．c（CO₂）=c（CO）
c．消耗1 mol CO₂同時生成1 mol H₂O
d．CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變
（2）在3 L密閉容器內(nèi)，乙苯與CO₂的反應(yīng)在三種不同的條件下進行實驗，乙苯、CO₂的起始濃度分別為1.0 mol/L和3.0 mol/L，其中實驗Ⅰ在T₁℃，0.3 Mpa，而實驗Ⅱ、Ⅲ分別改變了實驗其他條件；乙苯的濃度隨時間的變化如圖Ⅰ所示．

①實驗Ⅰ乙苯在0～50 min內(nèi)的反應(yīng)速率為0.012mol/（L•min）．
②實驗Ⅱ可能改變條件的是加催化劑．
③圖Ⅱ是實驗Ⅰ中苯乙烯體積分?jǐn)?shù)V%隨時間t的變化曲線，請在圖Ⅱ中補畫實驗Ⅲ中苯乙烯體積分?jǐn)?shù)V%隨時間t的變化曲線．
（3）若實驗Ⅰ中將乙苯的起始濃度改為1.2 mol/L，保持其他條件不變，乙苯的轉(zhuǎn)化率將減小（填“增大”“減小”或“不變”），計算此時平衡常數(shù)為0.225．
（2）Ⅱ．利用乙苯的脫氫反應(yīng)制苯乙烯．

達(dá)到平衡后改變反應(yīng)條件，圖（Ⅲ）中曲線變化不正確的是B．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①乙苯與CO₂反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比（不同物質(zhì)），各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化；
（2）①實驗I乙苯在0-50min內(nèi)濃度變化量為（1-0.4）mol/L=0.6mol/L，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②實驗Ⅱ與實驗I相比，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動，應(yīng)是加入催化劑；
③實驗Ⅲ與實驗I相比，反應(yīng)速率加快，開始階段相同時間內(nèi)實驗Ⅲ中苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)較大，但平衡時乙苯的濃度增大，平衡逆向移動，平衡時苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)小于實驗I；
（3）若實驗I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，等效壓強增大到達(dá)平衡后在移走部分二氧化碳，增大壓強平衡逆向移動，移走二氧化碳平衡逆向移動；
計算實驗Ⅰ中平衡時時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$計算；
Ⅱ．該反應(yīng)正方向是氣體體積增大的方向，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；根據(jù)溫度、壓強對平衡的影響分析；

解答 解：Ⅰ．（1）①乙苯與CO₂反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH=CH}_{2}）?c（CO）?c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}{CH}_{2}{CH}_{3}）?c（{CO}_{2}）}$；
②a．當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)），v_正（CO）=v_逆（CO），反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．c（CO₂）與c（CO）的濃度是否相等，與反應(yīng)的起始量和轉(zhuǎn)化率有關(guān)，所以當(dāng)c（CO₂）=c（CO）時，不能說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．消耗1molCO₂為正速率，同時生成1molH₂O也是正速率，都是正速率，二者始終相等，不能說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．隨著反應(yīng)的進行CO₂的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，當(dāng)CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變，即是平衡狀態(tài)，故d正確；故選bc．
故答案為：bc；
（2）①根據(jù)圖I中可知，0-50min時乙苯的濃度變化為：1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，則乙苯的反應(yīng)速率v=$\frac{0.6mol/L}{50min}$=0.012mol/（L•min），
故答案為：0.012mol/（L•min）；
②實驗Ⅱ與實驗I相比，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動，應(yīng)是加入催化劑，故答案為：加催化劑；
③實驗Ⅲ與實驗I相比，反應(yīng)速率加快，開始階段相同時間內(nèi)實驗Ⅲ中苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)較大，但平衡時乙苯的濃度增大，平衡逆向移動，平衡時苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)小于實驗I，則實驗Ⅲ中苯乙烯體積分?jǐn)?shù)V%隨時間t的變化曲線為，
故答案為：；
（3）若實驗I中將乙苯的起始濃度改為1.2mol/L，其他條件不變，等效壓強增大到達(dá)平衡后在移走部分二氧化碳，增大壓強平衡逆向移動，移走二氧化碳平衡逆向移動，故所以乙苯的轉(zhuǎn)化率減��；
根據(jù)圖I中實驗1可知，0-50min時乙苯的濃度變化為1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L 
                               C₆H₅CH₂CH₃+CO₂?C₆H₅CH=CH₂ +CO+H₂O
起始濃度（mol/L）：1.0               3.0                 0          0       0
反應(yīng)濃度（mol/L）：0.6              0.6               0.6        0.6     0.6
平衡濃度（mol/L）：0.4             2.4                0.6        0.6      0.6
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$=$\frac{0.6×0.6×0.6}{0.4×2.4}$=0.225，
故答案為：減��；0.225；
Ⅱ．A．該反應(yīng)的正方向為吸熱反應(yīng)，升溫平衡向著正方向移動，乙苯的轉(zhuǎn)化率升高，故A正確；
B．該反應(yīng)的正方向為吸熱反應(yīng)，升溫平衡向著正向移動，平衡常數(shù)增大，故B錯誤；
C．增大壓強，正反應(yīng)速率增大，故C正確；
D．該反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，增大壓強，平衡向著逆方向移動，苯乙烯的轉(zhuǎn)化率減小，故D正確．
故答案為：B．

點評 本題考查化學(xué)平衡影響因素、反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡常數(shù)的計算，題目難度中等，作圖為易錯點，學(xué)生容易考慮到達(dá)平衡時間及苯乙烯體積分?jǐn)?shù)，易忽略開始階段相同時間內(nèi)實驗Ⅲ中苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)較大．