Question

9．苯乙烯（C₆H₅CH=CH₂）₂是合成橡膠和塑料的單體，用來生產(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，達平衡時，反應的能量變化為QkJ．下列說法正確的是BD．
A．升高溫度，正反應速率減小，逆反應速率增大
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，反應物濃度增大，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，達平衡時反應能量變化為（△H-Q）kJ
（3）向2L密閉容器中加入1mol乙苯發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，平衡體系組成（物質(zhì)的量分數(shù)）與溫
度的關(guān)系如圖所示．700℃時，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為66.7%，此溫度下該反應的平衡常數(shù)為$\frac{2}{3}$；溫度高于970℃時，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，其原因可能是有機化合物在溫度過高時分解．
（4）含苯乙烯的廢水排放會對環(huán)境造成嚴重污染，可采用電解法去除廢水中的苯乙烯，基本原理是在陽極材料MOx上生成自由基MOx（OH），其進一步氧化有機物生成CO₂，該陽極的電極反應式為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，正逆反應速率均增大；
B．若繼續(xù)加入1mol乙苯，等效為增大壓強，平衡逆向移動；
C．壓縮容器的體積，增大體系的壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，乙苯的濃度增大，平衡常數(shù)不變，故平衡時苯乙烯、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，等效為開始加入1mol乙苯，與原平衡為完全等效平衡，平衡時乙苯的物質(zhì)的量相等，再計算反應熱；
（3）由圖示可知：700℃時，乙苯的物質(zhì)的量百分含量為20%，參加反應的乙苯為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)的量分數(shù)列方程計算x，進而計算乙苯的轉(zhuǎn)化率；
計算各組分平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（{C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3}）}$計算；
有機物受熱易分解，溫度高于970℃時，可能是應有機物分解使苯乙烯的產(chǎn)率不再增加；
（4）由題目信息可知，陽極上整個過程是苯乙烯氧化生成二氧化碳，由守恒守恒可知，應有OH^- 離子生成，由元素守恒可知，應有水參與反應；陰極上是氫離子獲得電子生成氫氣，陰極電極反應式為：2H₂O+2e^-=H₂+2OH^-，根據(jù)陽極反應式計算生成二氧化碳物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計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．溫度變化對正逆反應速率的影響是一致的，只是改變的程度不同，所以升高溫度，正反應速率和逆反應速率均增大，故A錯誤；
B．若繼續(xù)加入1mol乙苯，相當于增大整個體系的壓強，增大壓強，平衡逆向移動，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，平衡向氣體體積減小的方向移動，乙苯的濃度增大，平衡常數(shù)不變，故平衡時苯乙烯、氫氣的濃度也增大，故C錯誤；
D．相同條件下若起始加入1mol苯乙烯和1mol氫氣，等效為開始加入1mol乙苯，與原平衡為完全等效平衡，平衡時乙苯的物質(zhì)的量相等，假設平衡時為amol乙苯，則原平衡反應中能量變化為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，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，苯乙烯的產(chǎn)率不再增加，可能有機物受熱易分解是所致；
故答案為：66.7%；$\frac{2}{3}$；有機化合物在溫度過高時分解；
（4）由題目信息可知，陽極上整個過程是苯乙烯氧化生成二氧化碳，由守恒守恒可知，應有OH^- 離子生成，由元素守恒可知，應有水參與反應，陽極電極反應式為：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．

點評 本題考查化學平衡計算及影響元素、反應熱計算、電解原理應用等，（4）中電極反應式書寫為易錯點，綜合考查學生閱讀獲取信息能力、應用知識分析解決問題能力，難度中等．