Question

9．苯乙烯（C₆H₅CH=CH₂）₂是合成橡膠和塑料的單體，用來(lái)生產(chǎn)丁苯橡膠、聚苯乙烯等．工業(yè)上以乙苯C₆H₅CH₂CH₃為原料，采用催化脫氫的方法制取苯乙烯，反應(yīng)方程式為：C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）△H

（1）已知：H₂和CO的燃燒熱（△H）分別為-285.8kJ．mol•L^-1和-283.0kJ．mol•L^-1；
C₆H₅CH₂CH₃（g）+CO₂（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+CO（g）+H₂O（I）△H=+114.8kJ•mol^-1
則制取苯乙烯反應(yīng)的△H為+117.6KJ/mol
（2）向密閉容器中加入1mol乙苯，在恒溫恒容條件下合成苯乙烯，達(dá)平衡時(shí)，反應(yīng)的能量變化為QkJ．下列說(shuō)法正確的是BD．
A．升高溫度，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大
B．若繼續(xù)加入1mol乙苯，苯乙烯轉(zhuǎn)化率增大
C．壓縮體積，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物濃度增大，生成物濃度減小
D．相同條件下若起始加入1mol苯乙烯和1mol氫氣，達(dá)平衡時(shí)反應(yīng)能量變化為（△H-Q）kJ
（3）向2L密閉容器中加入1mol乙苯發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，平衡體系組成（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）與溫
度的關(guān)系如圖所示．700℃時(shí)，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為66.7%，此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{2}{3}$；溫度高于970℃時(shí)，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，其原因可能是有機(jī)化合物在溫度過(guò)高時(shí)分解．
（4）含苯乙烯的廢水排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，可采用電解法去除廢水中的苯乙烯，基本原理是在陽(yáng)極材料MOx上生成自由基MOx（OH），其進(jìn)一步氧化有機(jī)物生成CO₂，該陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺，若去除0.5mol苯乙烯，兩極共收集氣體14mol．

Answer 1

分析 （1）H₂和CO的燃燒熱（△H）分別為-285.8kJ．mol•L^-1和-283.0kJ．mol•L^-1，可得熱化學(xué)方程式：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ/mol，
已知③：C₆H₅CH₂CH₃（g）+CO₂（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+CO（g）+H₂O（l）△H=+114.8kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，③+②-①可得：C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）；
（2）A．升高溫度，正逆反應(yīng)速率均增大；
B．若繼續(xù)加入1mol乙苯，等效為增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)；
C．壓縮容器的體積，增大體系的壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，乙苯的濃度增大，平衡常數(shù)不變，故平衡時(shí)苯乙烯、氫氣的濃度也增大；
D．相同條件下若起始加入1mol苯乙烯和1mol氫氣，等效為開(kāi)始加入1mol乙苯，與原平衡為完全等效平衡，平衡時(shí)乙苯的物質(zhì)的量相等，再計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）由圖示可知：700℃時(shí)，乙苯的物質(zhì)的量百分含量為20%，參加反應(yīng)的乙苯為xmol，則：
           C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1                 0          0
變化量（mol）：x                 x          x
平衡量（mol）：1-x               x          x
再根據(jù)乙苯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)列方程計(jì)算x，進(jìn)而計(jì)算乙苯的轉(zhuǎn)化率；
計(jì)算各組分平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$計(jì)算；
有機(jī)物受熱易分解，溫度高于970℃時(shí)，可能是應(yīng)有機(jī)物分解使苯乙烯的產(chǎn)率不再增加；
（4）由題目信息可知，陽(yáng)極上整個(gè)過(guò)程是苯乙烯氧化生成二氧化碳，由守恒守恒可知，應(yīng)有OH^- 離子生成，由元素守恒可知，應(yīng)有水參與反應(yīng)；陰極上是氫離子獲得電子生成氫氣，陰極電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=H₂+2OH^-，根據(jù)陽(yáng)極反應(yīng)式計(jì)算生成二氧化碳物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陰極生成氫氣物質(zhì)的量．

解答 解：（1）H₂和CO的燃燒熱（△H）分別為-285.8kJ．mol•L^-1和-283.0kJ．mol•L^-1，可得熱化學(xué)方程式：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ/mol，
已知③：C₆H₅CH₂CH₃（g）+CO₂（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+CO（g）+H₂O（l）△H=+114.8kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，③+②-①可得：C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g），故△H=114.8KJ/mol-283.0KJ/mol+285.8KJ/mol=+117.6KJ/mol，
故答案為：+117.6KJ/mol；
（2）A．溫度變化對(duì)正逆反應(yīng)速率的影響是一致的，只是改變的程度不同，所以升高溫度，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率均增大，故A錯(cuò)誤；
B．若繼續(xù)加入1mol乙苯，相當(dāng)于增大整個(gè)體系的壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，故苯乙烯轉(zhuǎn)化率增大，B正確；
C．壓縮容器的體積，增大體系的壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，乙苯的濃度增大，平衡常數(shù)不變，故平衡時(shí)苯乙烯、氫氣的濃度也增大，故C錯(cuò)誤；
D．相同條件下若起始加入1mol苯乙烯和1mol氫氣，等效為開(kāi)始加入1mol乙苯，與原平衡為完全等效平衡，平衡時(shí)乙苯的物質(zhì)的量相等，假設(shè)平衡時(shí)為amol乙苯，則原平衡反應(yīng)中能量變化為QkJ=（1-a）×△H kJ，而生成amol乙苯的能量變化為：a×△H kJ=（△H-Q）kJ，故D正確；
故答案為：BD；
（3）參加反應(yīng)的乙苯為xmol，則：
            C₆H₅CH₂CH₃（g）?C₆H₅CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1                 0            0
變化量（mol）：x                 x            x
平衡量（mol）：1-x               x            x
由圖示可知：700℃時(shí)，乙苯的物質(zhì)的量百分含量為20%，則$\frac{1-x}{1-x+x+x}$=20%，所以x=$\frac{2}{3}$，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{2}{3}$×100%=66.7%，
此溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$=$\frac{\frac{x}{2}×\frac{x}{2}}{\frac{1-x}{2}}$=$\frac{2}{3}$，
溫度高于970℃時(shí)，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，可能有機(jī)物受熱易分解是所致；
故答案為：66.7%；$\frac{2}{3}$；有機(jī)化合物在溫度過(guò)高時(shí)分解；
（4）由題目信息可知，陽(yáng)極上整個(gè)過(guò)程是苯乙烯氧化生成二氧化碳，由守恒守恒可知，應(yīng)有OH^- 離子生成，由元素守恒可知，應(yīng)有水參與反應(yīng)，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺，陰極上是氫離子獲得電子生成氫氣，陰極電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
除去0.5mol苯乙烯，則：
C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺
0.5mol         20mol 4mol
2 H₂O+2 e^-=H₂↑+2OH^-
     20mol 10mol
故兩極共收集氣體：4mol+10mol=14mol，
故答案為：C₆H₅CH=CH₂+16H₂O-40e-=8CO₂↑+40H⁺；14．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及影響元素、反應(yīng)熱計(jì)算、電解原理應(yīng)用等，（4）中電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)為易錯(cuò)點(diǎn)，綜合考查學(xué)生閱讀獲取信息能力、應(yīng)用知識(shí)分析解決問(wèn)題能力，難度中等．