Question

9．苯乙烯是現(xiàn)代石油化工產(chǎn)品中最重要的單體之一，在工業(yè)上，苯乙烯可由乙苯與CO₂催化脫氫制得，總反應(yīng)原理如下：（g）+CO₂（g）?（g）+CO（g）+H₂O（g）
回答下列問題：
（1）乙苯在CO₂氣氛中的脫氫反應(yīng)可分兩步進(jìn)行：

上述乙苯與CO₂總反應(yīng)的△H=-166kJ/mol；該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是D（填序號(hào)）A．高溫下自發(fā)　　B．低溫下自發(fā)   C．任何溫度下不自發(fā)　 D．任何溫度下自發(fā)
（2）在溫度為T₁時(shí)乙苯與CO₂反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.5mol/L，在2L密閉容器中加入乙苯與CO₂反應(yīng)到某時(shí)刻測得混合物各組分的物質(zhì)的量均為1.0mol．
①該時(shí)刻化學(xué)反應(yīng)CO₂的v_正=v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）
②乙苯與CO₂在固定體積的容器中的反應(yīng)下列敘述不能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是acd（填字母序號(hào)）
a．體系的密度不再改變　　　　b．體系的壓強(qiáng)不再改變　　　c．c（CO₂）=c（CO）
d．消耗1mol CO₂同時(shí)生成1molH₂O　　e．CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變
（3）在溫度為T₂密閉容器中，乙苯與CO₂的起始濃度分別為2.0mol/L，3.0mol/L，設(shè)起始?jí)簭?qiáng) 為P₀，平衡后總壓強(qiáng)為P，達(dá)到平衡時(shí)苯乙烯的濃度為$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$mol/L，乙苯的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2.5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$×100%，（用含有P、P₀符號(hào)表示）
（4）寫出由苯乙烯在一定條件下合成聚苯乙烯的方程式：n$\stackrel{一定條件}{→}$．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，反應(yīng)①熱化學(xué)方程式為：（g）→（g）+H₂（g）△H=-125kJ/mol，
反應(yīng)②熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+CO₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=-41kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：（g）+CO₂（g）?（g）+CO（g）+H₂O（g）；
正反應(yīng)為熵增的過程，△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）①計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v_正、v_逆相對(duì)大��；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
（3）設(shè)乙苯的濃度變化量為xmol/L，表示出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，再利用壓強(qiáng)之比等于混合氣體總濃度之比列方程計(jì)算解答；
（4）苯乙烯在一定條件下發(fā)生加聚反應(yīng)生成聚苯乙烯．

解答 解：（1）由圖可知，反應(yīng)①熱化學(xué)方程式為：（g）→（g）+H₂（g）△H=-125kJ/mol，
反應(yīng)②熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+CO₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=-41kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：（g）+CO₂（g）?（g）+CO（g）+H₂O（g），故△H=-125kJ/mol-41kJ/mol=-166kJ/mol，
由于△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，正反應(yīng)為熵增的過程，△S＞0，而正反應(yīng)△H＜0，則△H-T△S＜0，故任何溫度下都可以自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：-166kJ/mol；D；
（2）①此時(shí)濃度商Qc=$\frac{\frac{1}{2}×\frac{1}{2}×\frac{1}{2}}{\frac{1}{2}×\frac{1}{2}}$=0.5=平衡常數(shù)K，處于平衡狀態(tài)，則CO₂的v_正=v_逆，
故答案為：=；
②a．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，體系的密度始終不變，故a錯(cuò)誤；　　　　
b．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量增大，恒溫恒壓下，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，當(dāng)體系的壓強(qiáng)不再改變，說明到達(dá)平衡，故b正確；　　
c．CO₂、CO濃度與二氧化碳轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)不一定相等，故c錯(cuò)誤；
d．消耗1mol CO₂同時(shí)生成1molH₂O，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，故d錯(cuò)誤；
e．CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明到達(dá)平衡，故e正確，
故選：acd；
（3）設(shè)乙苯的濃度變化量為xmol/L，則：
      （g）+CO₂（g）?（g）+CO（g）+H₂O（g）
初始濃度：2.0         3.0          0          0       0
變化濃度：x           x            x          x       x
平衡濃度：2.0-x       3.0-x        x          x       x
則$\frac{5+x}{5}$=$\frac{P}{{P}_{0}}$，解得x=$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，
則平衡時(shí)苯乙烯的濃度為$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$mol/L，
乙苯的轉(zhuǎn)化率為$\frac{\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}mol/L}{2mol/L}$×100%=$\frac{2.5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$×100%，
故答案為：$\frac{5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$mol/L；$\frac{2.5（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$×100%；
（4）苯乙烯在一定條件下發(fā)生加聚反應(yīng)生成聚苯乙烯，反應(yīng)方程式為：n$\stackrel{一定條件}{→}$，
故答案為：n$\stackrel{一定條件}{→}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算、平衡常數(shù)應(yīng)用、平衡狀態(tài)判斷等，注意判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡．