Question

11．苯乙烯是現(xiàn)代石油化工產品中最重要的單位之一．在工業(yè)上，苯乙烯可由乙苯和CO₂催化脫氫制得．總反應原理如下：+CO₂（g）?+CO（g）+H₂O（g）△H
回答下列問題：
（1）乙苯在CO₂氣氛中的反應可分兩步進行：
?+H₂（g）△H₁=+117.6kJ/mol
H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂=+41.2kJ/mol
由乙苯制取苯乙烯反應的△H=+158.8KJ/mol．
（2）在溫度為T₁時，該反應I的平衡常數(shù)K=0.5mol/L．在2L的密閉容器中加入乙苯（g）與CO₂，反應到某時刻測得混合物中各組分的物質的量均為1.0mol．
①該時刻化學反應是（填“是”或“不是”）處于平衡狀態(tài)；
②下列敘述能說明乙苯與CO₂在該條件下反應已達到平衡狀態(tài)的是bd（填字母）；
a、v_正（CO₂）=v_正（CO）
b、混合氣體的平均相對分子質量保持不變
c、混合氣體的密度不變
d、CO₂的體積分數(shù)保持不變
（3）在溫度為T₂時的恒容器中，乙苯、CO₂的起始濃度分別為4.0mol/L和6.0mol/L，設反應平衡后總壓強為P、起始壓強為P₀，則反應達到平衡時苯乙烯的濃度為$\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$（均用含P₀、P的表達式表示，下同），乙苯的轉化率為$\frac{5（P-{P}_{0}）}{2{P}_{0}}$×100%．
（4）某同學欲將苯乙烯設計成燃料電池，裝置示意如圖（A、B為多孔性碳棒）．

①B（填A或B）處電極入口通入氧氣，其電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②當電池中消耗10.4g苯乙烯時，假設化學能全部轉化為電能，則導線中轉移電子數(shù)為4N_A．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律結合熱化學方程式分析；
（2）①根據(jù)濃度熵規(guī)則計算Qc是否等于K來計算；
②根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆速率之比等于化學計量數(shù)之比（不同物質），各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化；
（3）根據(jù)化學反應前后，反應中氣體的物質的量之比等于壓強之比來回答；
（4）①A為負極、B為正極，燃料電池中通入燃料的電極為負極、通入氧化劑的電極為正極，正極氧氣得電子生成氫氧根離子；
②根據(jù)苯乙烯和氫氧化鉀之間的關系式計算轉移電子．

解答 解：（1）方程A+方程B得到：，所以該反應的反應熱為：△H=△H₁+△H₂=+117.6kJ/mol+41.2kJ/mol
=+158.8KJ/mol，
故答案為：+158.8KJ/mol；
（2）①反應進行到某時刻測得混合物中各組分的物質的量均為1.0mol，即濃度都是0.5mol/L，此時Qc=$\frac{0．{5}^{3}}{0．{5}^{2}}$=0.5=K，所以達到化學平衡狀態(tài)，
故答案為：是；
②a、都反映的正方向，故a錯誤；
b、混合氣體的平均相對分子質量保持不變，說明氣體的物質的量不變反應達平衡狀態(tài)，故b正確；
c、反應前后體積不變，質量守恒，所以體系的密度始終不變，故不能用密度判斷平衡，故c錯誤；
d、隨著反應的進行CO₂的體積分數(shù)逐漸減小，當CO₂的體積分數(shù)保持不變，即是平衡狀態(tài)，故d正確．
故選bd；
（3）已知信息，設乙苯的變化濃度是x，則  
             
      初始濃度：4.0         6.0         0          0        0
      變化濃度：x             x         x          x        x
      平衡濃度：4.0-x       6.0-x       x           x        x
則$\frac{4.0-x+6.0-x+3x}{10}$=$\frac{P}{{P}_{0}}$，解得x=$\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，則反應達到平衡時苯乙烯的濃度為 $\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$，乙苯的轉化率為 $\frac{\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}}{4}$×100%=$\frac{5（P-{P}_{0}）}{2{P}_{0}}$×100%，
故答案為：$\frac{10（P-{P}_{0}）}{{P}_{0}}$； $\frac{5（P-{P}_{0}）}{2{P}_{0}}$×100%；
（4）①A為負極、B為正極，燃料電池中通入燃料的電極為負極、通入氧化劑的電極為正極，正極氧氣得電子生成氫氧根離子，所以B極通入氧氣，電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：B；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②根據(jù)C₈H₈-40e^-+56OH^-═8CO₃^2-+32H₂O知，而10.4g苯乙烯的物質的量為$\frac{10.4}{104}$=0.1mol，所以轉移電子的物質的量為0.1×40=4mol，轉移電子數(shù)為：4N_A，故答案為：4N_A．

點評 本題綜合性較大，涉及化學平衡狀態(tài)的判斷、濃度熵規(guī)則、化學平衡的計算等知識，注意知識的歸納和整理是關鍵，難度不大．