苯乙烯作為一種重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料,廣泛用于合成塑料和橡膠。工業(yè)以乙苯為原料,通過如下反應(yīng)I或反應(yīng)II制取苯乙烯。回答下列問題:
(1)工業(yè)常采用乙苯脫氫的方法制備苯乙烯,其原理如下:反應(yīng)I:C6H5-CH2CH3(g)?C6H5-CH=CH2(g)+H2(g)ΔH1
①近期科技工作者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果,研究了一個(gè)乙苯分子在催化劑表面脫氫制苯乙烯的反應(yīng),其歷程如圖所示(吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注):
乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)的焓變ΔH1=1.35NAeV/mol1.35NAeV/mol,該反應(yīng)歷程的決速步驟反應(yīng)方程式為 C6H5CH2CH2*+H*→C6H5CHCH2*+2H*C6H5CH2CH2*+H*→C6H5CHCH2*+2H*。
②在高溫恒壓條件下,乙苯可能會裂解產(chǎn)生積碳覆蓋在催化劑的表面,使催化劑“中毒”。因此在原料氣中通入水蒸氣的目的是 消除積碳消除積碳、加入水蒸氣,容器體積應(yīng)增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動,提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率加入水蒸氣,容器體積應(yīng)增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動,提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率。
③在溫度為550℃,總壓恒定為3p的密閉容器中通入體積比為2:1的乙苯(g)和H2O(g)混合氣體發(fā)生反應(yīng),達(dá)到平衡時(shí)乙苯的轉(zhuǎn)化率為α,計(jì)算反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=6α2p(1-α)(3+2α)6α2p(1-α)(3+2α)。
④乙苯脫氫制苯乙烯的反應(yīng)往往伴隨著副反應(yīng),生成苯、甲苯和聚苯乙烯等。在一定溫度和壓強(qiáng)下,為了提高苯乙烯的選擇性,應(yīng)當(dāng) 選擇合適的催化劑選擇合適的催化劑。
(2)工業(yè)上利用CO2氧化乙苯制苯乙烯,其原理為:反應(yīng)II:C6H5-CH2CH3(g)+CO2?C6H5-CH=CH2(g)+CO+H2O(g)ΔH2=158.7kJ/mol
①相同反應(yīng)條件下,采用CO2替代水蒸氣進(jìn)行乙苯脫氫反應(yīng),苯乙烯生產(chǎn)能耗有效降低,而且乙苯轉(zhuǎn)化率也明顯提高。請利用平衡原理分析乙苯轉(zhuǎn)化率提高的原因。 二氧化碳能消耗反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生的氫氣,使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡正向移動,乙苯轉(zhuǎn)化率升高二氧化碳能消耗反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生的氫氣,使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡正向移動,乙苯轉(zhuǎn)化率升高。
②在常壓下,n(乙苯)n(CO2)分別為a、b、c時(shí),乙苯平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系如圖所示:
則a、b、c的大小關(guān)系為 c>b>ac>b>a。
6
α
2
p
(
1
-
α
)
(
3
+
2
α
)
6
α
2
p
(
1
-
α
)
(
3
+
2
α
)
n
(
乙苯
)
n
(
C
O
2
)
【考點(diǎn)】化學(xué)平衡的計(jì)算.
【答案】1.35NAeV/mol;C6H5CH2CH2*+H*→C6H5CHCH2*+2H*;消除積碳;加入水蒸氣,容器體積應(yīng)增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動,提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率;;選擇合適的催化劑;二氧化碳能消耗反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生的氫氣,使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡正向移動,乙苯轉(zhuǎn)化率升高;c>b>a
6
α
2
p
(
1
-
α
)
(
3
+
2
α
)
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:86引用:2難度:0.5
相似題
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1.甲硅烷廣泛用于電子工業(yè)、汽車領(lǐng)域,三氯氫硅(SiHCl3)是制備甲硅烷的重要原料?;卮鹣铝袉栴}:
(1)工業(yè)上以硅粉和氯化氫氣體為原料生產(chǎn)SiHCl3時(shí)伴隨發(fā)生的反應(yīng)有:
Si(s)+4HCl(g)═SiCl4(g)+2H2(g)△H=-241kJ/mol
SiHCl3(g)+HCl(g)═SiCl4(g)+H2(g)△H=-31kJ/mol
以硅粉和氯化氫氣體生產(chǎn)SiHCl3的熱化學(xué)方程式是
(2)鋁鋰形成化合物L(fēng)iAlH4既是金屬儲氫材料又是有機(jī)合成中的常用試劑,遇水能得到無色溶液并劇烈分解釋放出H2,請寫出其水解反應(yīng)化學(xué)方程式
(3)三氯氫硅歧化也可制得甲硅烷。反應(yīng)2SiHCl3(g)?SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)為歧化制甲硅烷過程的關(guān)鍵步驟,此反應(yīng)采用一定量的PA100催化劑,在不同反應(yīng)溫度下測得SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。
①353.15K時(shí),平衡轉(zhuǎn)化率為
②323.15K時(shí),要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,可采取的最佳措施是
(4)比較a、b處反應(yīng)速率的大?。簐a
v逆=k2x2_SiH2Cl2xSiCl4,k1、k2分別是正、逆反應(yīng)的速率常數(shù),與反應(yīng)溫度有關(guān),x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),則在353.15K時(shí)=k1k2
(5)硅元素最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物是H2SiO3,室溫下,0.1mol/L的硅酸鈉溶液和0.1mol/L的碳酸鈉溶液,堿性更強(qiáng)的是
已知:H2SiO3:Ka1=2.0×10-10、Ka2=1.0×10-12,H2CO3:Ka1=4.3×10-7、Ka2=5.6×10-11發(fā)布:2024/12/26 8:0:1組卷:61引用:2難度:0.2 -
2.在催化劑作用下,可逆反應(yīng)2SiHCl3(g)?SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)在溫度為323K和343K時(shí)SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖所示(已知:反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正x2SiHCl3-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù),x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。下列說法錯(cuò)誤的是( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/26 8:0:1組卷:40引用:1難度:0.5 -
3.甲硅烷廣泛用于電子工業(yè)、汽車領(lǐng)域,三氯氫硅(SiHCl3)是制備甲硅烷的重要原料?;卮鹣铝袉栴}:
(1)工業(yè)上以硅粉和氯化氫氣體為原料生產(chǎn)SiHCl3時(shí)伴隨發(fā)生的反應(yīng)有:
①Si(s)+4HCl(g)═SiCl4( g)+2H2(g)△H=-24lkJ/mol
②SiHCl3 (g)+HCl(g)═SiCl4 (g)+H2(g)△H=-3lkJ/mol
以硅粉和氯化氫氣體生產(chǎn)SiHCl3的熱化學(xué)方程式是
(2)工業(yè)上可用四氯化硅和氫化鋁鋰(LiAlH4)制甲硅烷,反應(yīng)后得甲硅烷及兩種鹽。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
(3)三氯氫硅歧化也可制得甲硅烷。反應(yīng)2SiHCl3(g)?SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)為歧化制甲硅烷過程的關(guān)鍵步驟,此反應(yīng)采用一定量的PA100催化劑,在不同反應(yīng)溫度下測得SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。
①353.15K時(shí),平衡轉(zhuǎn)化率為
③比較a、b處反應(yīng)速率的大小:va=k1k2發(fā)布:2024/12/26 8:0:1組卷:19引用:1難度:0.5
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