解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷136
聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。
I．工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯，其原理为：C6H5-CH2CH3(g)
C6H5-CH=CH2(g)+H2(g) 
。通过计算机模拟一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注)：
(2)写出该反应历程(过渡态1和2中)的决速步骤反应方程式：___________ 。
(3)实验测得乙苯脱氢反应的速率方程为v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氢气(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)，图2中③代表lgk逆随
的变化关系，则能代表lgk正随的变化关系的是___________。
(4)某温度下，向1.0L恒容密闭容器中充入0.10mol C6H5-CH2CH3(g)，测得乙苯脱氢反应时间(t)与容器的气体总压强(p)的数据见表：
该温度下的浓度平衡常数K=___________ mol/L(结果保留至小数点后两位)。
(5)实际生产中常在恒压条件下掺入高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(水蒸气不参加反应)，乙苯的转化率随稀释比
的变化如图所示，说明乙苯转化率变化的原因。___________
又已知水的汽化热为40.8kJ·mol-1。根据以上数据，计算CO2氧化乙苯脱氢反应的=___________ 。
(7)该反应在催化剂表面发生的历程如图所示：___________ ；pH过高时，___________ 。
(8)相对于乙苯脱氢法，CO2氧化法制备苯乙烯工艺的优点为合成速率快、单位时间内的产量高；其缺点为：①反应需要控制酸度，工艺较为复杂；②___________ ；③___________ 。
I．工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯，其原理为：C6H5-CH2CH3(g)
C6H5-CH=CH2(g)+H2(g) 。通过计算机模拟一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注)：
| A．大于0 | B．等于0 | C．小于0 | D．无法确定 |
(2)写出该反应历程(过渡态1和2中)的决速步骤反应方程式：
(3)实验测得乙苯脱氢反应的速率方程为v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氢气(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)，图2中③代表lgk逆随
的变化关系，则能代表lgk正随的变化关系的是___________。
| A．① | B．② | C．④ | D．⑤ |
(4)某温度下，向1.0L恒容密闭容器中充入0.10mol C6H5-CH2CH3(g)，测得乙苯脱氢反应时间(t)与容器的气体总压强(p)的数据见表：
| 时间t/h | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 | 25 | 30 |
| 总压强p/100kPa | 4.91 | 5.58 | 6.32 | 7.31 | 8.54 | 9.26 | 9.32 | 9.33 | 9.33 |
(5)实际生产中常在恒压条件下掺入高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(水蒸气不参加反应)，乙苯的转化率随稀释比
的变化如图所示，说明乙苯转化率变化的原因。
| 物质 |
|
| CO(g) |
| 燃烧热/kJ·mol-1 | -4610.2 | -4376.9 | -283.5 |
=(7)该反应在催化剂表面发生的历程如图所示：
(8)相对于乙苯脱氢法，CO2氧化法制备苯乙烯工艺的优点为合成速率快、单位时间内的产量高；其缺点为：①反应需要控制酸度，工艺较为复杂；②
23-24高三下·上海·阶段练习
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聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。回答下列问题：
I.苯乙烯的制备
(1)工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯，其原理如下：
反应甲：C6H5-CH2CH3(g)⇌C6H5-CH=CH2(g)+H2(g) ΔH1
近期科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注)：
乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变ΔH1___________ 0(选填“大于”或“小于”或“等于”)，该反应历程的决速步骤反应方程式为___________ 。
(2)乙苯脱氢是合成苯乙烯的关键步骤。某温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入0.10molC6H5CH2CH3(g)，测得乙苯脱氢反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：
计算该温度下的平衡常数K=___________ (结果保留至小数点后两位)。
(3)在913K、100kPa下，以水蒸气作稀释气。Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：
反应乙：C6H5C2H5(g)⇌C6H6(g)+CH2=CH2(g)
反应丙：C6H5C2H5(g)+H2(g)⇌C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S随乙苯转化率的变化曲线如图2所示，其中曲线b代表的产物是___________ ，理由是___________ 。(S=转化为目的产物所消耗乙苯的量100%)
(4)实验测得，乙苯脱氢反应的速率方程为v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氢气（k正、k逆为速率
常数，只与温度有关)，图3中③代表lgk逆随
的变化关系，则能代表lgk正随的变化关系的是___________ 。
II.苯乙烯的聚合
(5)苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某Cu(I)的配合物促进，CuCl是合成该Cu(I)的配合物的关键物质。在CuCl的晶胞中，Cl-的位置如图4所示。Cu+填充于Cl-构成的四面体空隙中，则Cu+的配位数为___________ ；若NA为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为ρg·cm-3，则该晶胞中Cu+之间的距离为___________ nm(用含ρ、NA的代数式表示)。
I.苯乙烯的制备
(1)工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯，其原理如下：
反应甲：C6H5-CH2CH3(g)⇌C6H5-CH=CH2(g)+H2(g) ΔH1
近期科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注)：
乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变ΔH1
(2)乙苯脱氢是合成苯乙烯的关键步骤。某温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入0.10molC6H5CH2CH3(g)，测得乙苯脱氢反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：
| 时间t/h | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 | 25 | 30 |
| 总压强p/100kPa | 4.91 | 5.58 | 6.32 | 7.31 | 8.54 | 9.50 | 9.52 | 9.53 | 9.53 |
(3)在913K、100kPa下，以水蒸气作稀释气。Fe2O3作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：
反应乙：C6H5C2H5(g)⇌C6H6(g)+CH2=CH2(g)
反应丙：C6H5C2H5(g)+H2(g)⇌C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S随乙苯转化率的变化曲线如图2所示，其中曲线b代表的产物是
(4)实验测得，乙苯脱氢反应的速率方程为v正=k正p乙苯，v逆=k逆p苯乙烯p氢气（k正、k逆为速率
常数，只与温度有关)，图3中③代表lgk逆随的变化关系，则能代表lgk正随的变化关系的是 II.苯乙烯的聚合
(5)苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某Cu(I)的配合物促进，CuCl是合成该Cu(I)的配合物的关键物质。在CuCl的晶胞中，Cl-的位置如图4所示。Cu+填充于Cl-构成的四面体空隙中，则Cu+的配位数为
苯乙烯是生产塑料与合成橡胶的重要原料。CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯的反应为：
反应I：
(g)+CO2(g)
(g)+H2O(g)+CO(g) △H1
反应II： (g) (g)+H2(g) △H2
反应III：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H3=+41.2kJ•mol-1
回答下列问题：
(1)已知部分物质的燃烧热数据如表，利用表中数据计算△H2=_______ kJ•moL-1(用a、b、c表示)。
(2)下列关于反应I～III的说法正确的是_______ (填标号)。
(3)在催化剂MxOy作用下，CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯可能存在如图所示反应机理：
该机理可表示为以下两个反应，请补充反应ii。
i： (g)+MxOy(s)→ (g)+MxO(y-1)(s)+H2O(g)；
ii：_______ 。
(4)常压下，乙苯和CO2经催化剂吸附后才能发生上述反应I。控制投料比[n(CO2)∶n(乙苯)]分别为1：1、5：1和10：1，并在催化剂作用下发生反应，乙苯平衡转化率与反应温度的关系如图所示：
①乙苯平衡转化率相同时，投料比越高，对应的反应温度越_______ (填“高”或“低”)。
②相同温度下，投料比远大于10：1时，乙苯的消耗速率明显下降，可能的原因是：i.乙苯的浓度过低；ii._______ 。
③850K时，反应经tmin达到图中P点所示状态，若初始时乙苯的物质的量为nmol，则v(苯乙烯)=______ mol•min-1。
(5)700K时，向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量乙苯，一定条件下发生反应I，初始和平衡时容器内压强分别为p1kPa和p2kPa，则平衡时苯乙烯的分压为_______ kPa(以含有p1、p2、p的代数式表示)。[已知：①混合气体中某组分的分压等于总压与该气体物质的量分数之积；以平衡分压代替平衡浓度进行计算，可得反应的分压平衡常数Kp。②CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) Kp=pkPa]
反应I：
(g)+CO2(g) (g)+H2O(g)+CO(g) △H1反应II：
(g) (g)+H2(g) △H2反应III：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H3=+41.2kJ•mol-1
回答下列问题：
(1)已知部分物质的燃烧热数据如表，利用表中数据计算△H2=
| 物质 | 乙苯 | 苯乙烯 | 氢气 |
| 燃烧热用焓变表示(kJ•mol-1) | -a | -b | -c |
| A．及时分离出水蒸气，有利于提高平衡混合物中苯乙烯的含量 |
| B．n(CO2)∶n(CO)保持恒定时，说明反应I达到化学平衡状态 |
| C．其他条件相同，反应II分别在恒容和恒压条件下进行，前者乙苯的平衡转化率更高 |
| D．反应III正反应的活化能小于逆反应的活化能 |
该机理可表示为以下两个反应，请补充反应ii。
i：
(g)+MxOy(s)→ (g)+MxO(y-1)(s)+H2O(g)；ii：
(4)常压下，乙苯和CO2经催化剂吸附后才能发生上述反应I。控制投料比[n(CO2)∶n(乙苯)]分别为1：1、5：1和10：1，并在催化剂作用下发生反应，乙苯平衡转化率与反应温度的关系如图所示：
①乙苯平衡转化率相同时，投料比越高，对应的反应温度越
②相同温度下，投料比远大于10：1时，乙苯的消耗速率明显下降，可能的原因是：i.乙苯的浓度过低；ii.
③850K时，反应经tmin达到图中P点所示状态，若初始时乙苯的物质的量为nmol，则v(苯乙烯)=
(5)700K时，向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量乙苯，一定条件下发生反应I，初始和平衡时容器内压强分别为p1kPa和p2kPa，则平衡时苯乙烯的分压为
苯乙烯是一种重要的化工原判，可采用乙苯催化脱氢法制备，反应如下：
(g)
(g)+H2(g)△H
(1)已知
计算上述反应的△H=___ 。
(2)实际生产中往刚性容器中同时通入乙苯和大量水蒸气，控制反应温度为600℃、体系起始总压强为100kPa的条件下进行反应。测得体系总压和乙苯转化率随时间变化结果如图所示。
①请用化学平衡理论解释通入大量水蒸气的原因___ 。
②平衡时，p(H2O)=__ kPa，平衡常数Kp=__ kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，气体分压=气体总压×体积分数)
③反应速率v=v正-v逆=k正·p(乙苯)-k逆·p(苯乙烯)·p(氢气)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。计算a处的
=___ 。
(3)苯乙烯与溴化氢发生的加成反应产物有两种，其反应的化学方程式如下：
i.C6H5-CH=CH2(g)+HBr(g)C6H5-CH2CH2Br(g)
ii.C6H5-CH=CH2(g)+HBr(g)C6H5-CHBrCH3(g)
600℃时，向3L恒容密闭容器中充入1.2molC6H5-CH=CH2(g)和1.2molHBr(g)发生反应，达到平衡时C6H5－CH2CH2Br(g)和C6H5-CHBrCH3(g)的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线如图所示。
①600℃时，反应ii的化学平衡常数Kii=___ 。
②反应平衡后，若保持其他条件不变，向该容器中再充入1molC6H5-CH2CH2Br(g)，则反应ii将__ (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
③在恒温恒容的密闭容器中，苯乙烯与溴化氢发生i、ii两个加成反应，可以判断反应已达到平衡状态的是__ (填编号)。
A.容器内混合气体的密度不再改变
B.C6H5-CH2CH2Br(g)的生成速率与C6H5-CHBrCH3(g)的分解速率相等
C.反应器中压强不再随时间变化而变化
D.混合气体的平均相对分子质量保持不变
(g)(g)+H2(g)△H(1)已知
| 化学键 | C—H | C—C | C=C | H—H |
| 键能/kJ•mol-1 | 412 | 348 | 612 | 436 |
(2)实际生产中往刚性容器中同时通入乙苯和大量水蒸气，控制反应温度为600℃、体系起始总压强为100kPa的条件下进行反应。测得体系总压和乙苯转化率随时间变化结果如图所示。
①请用化学平衡理论解释通入大量水蒸气的原因
②平衡时，p(H2O)=
③反应速率v=v正-v逆=k正·p(乙苯)-k逆·p(苯乙烯)·p(氢气)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。计算a处的
=(3)苯乙烯与溴化氢发生的加成反应产物有两种，其反应的化学方程式如下：
i.C6H5-CH=CH2(g)+HBr(g)
C6H5-CH2CH2Br(g)ii.C6H5-CH=CH2(g)+HBr(g)
C6H5-CHBrCH3(g)600℃时，向3L恒容密闭容器中充入1.2molC6H5-CH=CH2(g)和1.2molHBr(g)发生反应，达到平衡时C6H5－CH2CH2Br(g)和C6H5-CHBrCH3(g)的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线如图所示。
①600℃时，反应ii的化学平衡常数Kii=
②反应平衡后，若保持其他条件不变，向该容器中再充入1molC6H5-CH2CH2Br(g)，则反应ii将
③在恒温恒容的密闭容器中，苯乙烯与溴化氢发生i、ii两个加成反应，可以判断反应已达到平衡状态的是
A.容器内混合气体的密度不再改变
B.C6H5-CH2CH2Br(g)的生成速率与C6H5-CHBrCH3(g)的分解速率相等
C.反应器中压强不再随时间变化而变化
D.混合气体的平均相对分子质量保持不变
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