以乙苯催化脫氫來(lái)制取乙烯,是化工產(chǎn)業(yè)中常用的方法如下所示:
ΔH=+117.6kJ?mol-1
(1)在Fe2O3催化作用下將乙苯加入三個(gè)恒容密閉容器發(fā)生上述反應(yīng)。相關(guān)數(shù)據(jù)如下:
容器 |
容積/L |
溫度/℃ |
起始量/mol |
平衡量/mol |
苯乙烯(g) |
乙苯(g) |
氫氣(g) |
苯乙烯(g) |
甲 |
1 |
T1 |
3 |
0 |
0 |
1 |
乙 |
1 |
T2 |
4 |
3 |
2 |
x |
丙 |
1 |
T3 |
5 |
0 |
0 |
2.5 |
①T
1時(shí),向乙容器中按表格中數(shù)據(jù)投料,則此時(shí)v
正<
<
v逆(填寫(xiě)“>”“=”“<”);
②T
1>
>
T
2(填寫(xiě)“>”“=”“<”);請(qǐng)解釋原因
T1時(shí)平衡常數(shù)K=0.5,T2時(shí)K=2.5,又因?yàn)檎磻?yīng)反向吸熱,所以T1<T2吸附環(huán)節(jié)H2O
T1時(shí)平衡常數(shù)K=0.5,T2時(shí)K=2.5,又因?yàn)檎磻?yīng)反向吸熱,所以T1<T2吸附環(huán)節(jié)H2O
。
③乙苯脫氫經(jīng)歷如圖所示:
該環(huán)節(jié)中,溫度較低時(shí),更有利于發(fā)生的“環(huán)節(jié)”是
吸附環(huán)節(jié)
吸附環(huán)節(jié)
;該催化劑在使用過(guò)程中,失活現(xiàn)象比較嚴(yán)重,由此推斷“脫氫環(huán)節(jié)”除了產(chǎn)生H
2,還會(huì)生成
H2O
H2O
離開(kāi)催化劑表面。
(2)為了節(jié)省能源,乙苯催化脫氫制苯乙烯的過(guò)程可以在CO
2氣氛下進(jìn)行。100kPa下,反應(yīng)氣組成n(乙苯):n(CO
2),按照1:0;1:1;1:5;1:9投料,乙苯平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度變化關(guān)系如圖。圖中n(乙苯):n(CO
2)=1:5的曲線(xiàn)是
b
b
(填曲線(xiàn)標(biāo)號(hào))。
(3)工業(yè)乙苯催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯時(shí),會(huì)產(chǎn)生少量積碳,加入一定溫度的水蒸氣可較長(zhǎng)時(shí)間保持催化劑活性,其原因是
水蒸氣與積碳發(fā)生反應(yīng)C(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),可消除催化劑表面的積碳
水蒸氣與積碳發(fā)生反應(yīng)C(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),可消除催化劑表面的積碳
。