工业上采用乙苯与CO2脱氢生产重要化工原料苯乙烯其中乙苯在CO2气氛中的反应可分两步

题目内容：

工业上采用乙苯与CO₂脱氢生产重要化工原料苯乙烯

其中乙苯在CO₂气氛中的反应可分两步进行

（1）上述乙苯与CO₂反应的反应热△H为________________________。

（2）①乙苯与CO₂反应的平衡常数表达式为：K=______________________。

②下列叙述不能说明乙苯与CO₂反应已达到平衡状态的是_____________________。

a．v_正(CO)=v_逆(CO) b．c(CO₂)=c(CO)

c．消耗1mol CO₂同时生成1molH₂O d．CO₂的体积分数保持不变

（3）在3L密闭容器内，乙苯与CO₂的反应在三种不同的条件下进行实验，乙苯、CO₂的起始浓度分别为1.0mol/L和3.0mol/L，其中实验I在T₁℃、0.3MPa，而实验II、III分别改变了实验其他条件；乙苯的浓度随时间的变化如图I所示。

①实验I乙苯在0～50min时的反应速率为_______________。

②实验II可能改变条件的是__________________________。

③图II是实验I中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线，请在图II中补画实验Ⅲ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线。

（4）若实验I中将乙苯的起始浓度改为1.2mol/L，其他条件不变，乙苯的转化率将（填“增大”、“减小”或“不变”），计算此时平衡常数为_____________________。

正确答案：

（16分）（1）－166kJ/mol（2分）

（2） bc（每空2分 共4分）

（3）①0.012mol/(L•min)②加入催化剂

③（每空2分共6分）

（4）减小（2分） 0.225（2分）

答案解析：

（1）观察三个热化学方程式，发现已知焓变的A+B可以得到乙苯与二氧化碳的反应，根据盖斯定律，则乙苯与二氧化碳反应的焓变=△H₁+△H₂=[(—125)+(—41)]kJ/mol=—166kJ/mol；

（2）①观察乙苯与二氧化碳反应的化学方程式，发现各组分都是气体，系数都是1，则该反应的平衡常数K=[c(C₆H₅CH=CH₂)•c(CO) •c(H₂O)]/[c(C₆H₅CH₂CH₃) •c(CO₂)]；

②同一种物质表示的正反应速率等于逆反应速率，说明已达平衡，故a错误；虽然各组分的变化浓度之比等于化学方程式中系数之比，但是各组分的平衡浓度之比不一定等于化学方程式中系数之比，因此二氧化碳和一氧化碳浓度相等时反应不一定达到平衡，故b正确；二氧化碳和水的系数之比等于1∶1，消耗1molCO₂同时生成1molH₂O，说明不同物质的正反应速率等于化学方程式中系数之比，缺少逆反应速率，因此不能说明达到平衡，故c正确；二氧化碳是反应物，其体积分数逐渐减小，若保持不变，说明反应已达平衡，故d错误；

（3）①观察图I，0～50min内△c(乙苯)=（1.0—0.4）mol/L=0.6mol/L，由于v=△c/△t，则v(乙苯)= 0.6mol/L÷50min=0.012mol/(L•min)；

②对比图I、图II，发现I→II时，单位时间内乙苯的变化浓度增大，说明反应速率加快，但是平衡时乙苯的浓度相等，说明平衡没有移动；由于乙苯与二氧化碳的反应是气体体积增大的放热反应，根据浓度、压强、温度和催化剂对化学平衡的影响规律推断，实验II可能改变的条件是加入催化剂；

③同理，推断实验I→III时，反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，说明改变的条件是升高温度，因此画出的曲线满足以下几个要点：起点与实验I相同，未达平衡前，实验III的反应速率比I大，平衡后苯乙烯的体积分数比实验I的小；

（4）增大乙苯的浓度，虽然平衡右移，乙苯的变化浓度增大，但是乙苯的起始浓度也增大，且变化浓度增大的程度小于起始浓度增大的程度，因此乙苯的转化率减小；平衡常数只与温度有关，与浓度改变无关，因此实验I中各组分的平衡浓度计算出的平衡常数就是此时的平衡常数，依题意可知实验I反应中各组分的起始、变化、平衡浓度，则：

C₆H₅CH₂CH₃(g)+CO₂(g) C₆H₅CH=CH₂(g)+CO(g)+H₂O(g)

起始浓度/ mol•Lˉ¹ 1.0 3.0 0 0 0

变化浓度/ mol•Lˉ¹ 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6

平衡浓度/ mol•Lˉ¹ 0.4 2.4 0.6 0.6 0.6

K=[c(C₆H₅CH=CH₂)•c(CO) •c(H₂O)]/[c(C₆H₅CH₂CH₃) •c(CO₂)]="(" 0.6×0.6×0.6)/( 0.4×2.4)=0.225。

考点核心：

反应热，焓变：化学能可以转化为热能、电能和光能等，化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化。 1．定义：在化学反应过程中，当生成物和反应物具有相同温度时所放出或吸收的热量，通常叫做化学反应的反应热。在恒温、恒压条件下，化学反应过程中吸收或放出的热量称为反应的焓变。 2．符号：△Ⅳ 3．单位：kJ·mol^-1 4．产生原因：化学反应过程中旧键断裂吸收的总能量与新键形成释放的总能量不相等，故化学反应均伴随着能量变化——吸热或放热。 5．表示方法：放热反应的△H<0，吸热反应的△H>0.