Question

8．乙苯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品．
（一）制备苯乙烯（原理如反应I所示）：
Ⅰ． （g）?（g）+H₂ △H=+124KJ•mol^-1
（1）部分化学键的键能如表所示：

化学键	C-H	C-C	C=C	H-H
键能/KJ/mol	412	348	X	436

根据反应I的能量变化，计算X=612．
（2）工业上，在恒压设备中进行反应I时，常在乙苯蒸气中通入一定量的水蒸气．请用化学平衡理论解释通入水蒸气的原因：正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动，提高乙苯的平衡转化率．
（3）已知吉布斯自由能△G=△H-T△S，当△G＜0时反应可自发进行．由此判断反应I在高温（填“高温”或“低温”）更易自发进行．
（二）制备α-氯乙基苯（原理如反应Ⅱ所示）：
Ⅱ． （g）+Cl₂（g）?（g）+HCl（G）△H₂＞0
（4）T°C时，向10L恒容密闭容器中充入2mol乙苯（g）和2mol Cl₂（g）发生反应Ⅱ，乙苯（或Cl₂）、α-氯乙基苯（或HCl）的物质的量浓度（c）随时间（t）变化的曲线如图所示：

①0-2min内，以HCl表示的该反应速率v（HCI）=0.05 mol•L^-1•min^-1．
②6min时，改变的外界条件为升高温度，该条件下的平衡常数K的数值=16．
③10min时，保持其他条件不变，再向容器中充入1mol乙苯、1mol Cl₂、1molα-氯乙基苯和1mol HCl，则此时该反应v_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）；若12min时反应再次达到平衡，则在0-12min内，Cl₂的转化率α=86.7%．（计算结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）依据反应热=反应物总键能-生成物总能键能计算解答；
（2）保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向气体体积增大的方向移动；
（3）反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（4）①图象分析可知，0-2minHCl生成浓度为0.1mol/L，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②6min后HCl浓度增大，氯气浓度减小，说明平衡正向进行，曲线变陡说明反应速率加快，改变的条件可以是升温；
T°C达到平衡状态，c（HCl）=0.16mol/L，c（Cl₂）=0.04mol/L，结合化学平衡三行计算列式计算得到平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
③10min时，图象中得到平衡状态下物质的浓度，再向容器中充人1moI乙苯、1mol Cl₂、1mol α-氯乙基苯和l mol HCl，计算此时浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向，结合平衡常数和化学三行计算列式计算消耗氯气得到转化率．

解答 解：（1）反应热=反应物总键能-生成物总能键能，由有机物的结构可知，应是-CH₂CH₃中总键能与-CH=CH₂、H₂总键能之差，设C=C键能为X，则△H=（5×412+348-3×412-X-436）kJ•mol^-1=124kJ•mol^-1，
解得X=612KJ/mol；
故答案为：612；
（2）正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动；
故答案为：正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动，提高乙苯的平衡转化率；
（3）△H=+124kJ•mol^-1，反应为气体体积增大的吸热反应，△H＞0，△S＞0，满足△H-T△S＜0，需要高温条件下，
故答案为：高温；
（4）①T℃时，向10L恒容密闭容器中充人2mol乙苯（g）和2mol Cl₂（g）发生反应Ⅱ，0-2min时，依据题干条件可知，c（HCl）=0.1mol/L，v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{0.1mol/L}{2min}$=0.05 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.05 mol•L^-1•min^-1；
②制备α-氯乙基苯的正反应为吸热反应，反应前后气体的体积不变，6min时，乙苯、Cl₂的浓度在减小，而α-氯乙基苯和HCl的浓度在增加，反应向正反应方向移动，只能是升高温度，5min时达到平衡，依据题干条件可知，c（HCl）=0.16mol/L，
          
起始（mol/L） 0.2          0.2                    0                0
转化（mol/L） 0.16         0.16                 0.16          0.16
平衡（mol/L） 0.04          0.04                  0.16           0.16
平衡常数为K=$\frac{0.16×0.16}{0.04×0.04}$=16，
故答案为：升高温度；16；
③10min时，乙苯、Cl₂、α-氯乙基苯和 HCl的物质的量浓度分别为：0.02mol/L、0.02mol/L、0.18mol/L、0.18mol/L，平衡常数为K=$\frac{0.18×0.18}{0.02×0.02}$=81，此时乙苯、Cl₂、α-氯乙基苯和 HCl的物质的量浓度比为：1：1：9：9，保持其他条件不变，再向容器中充人1mol 乙苯、1mol Cl₂、1mol α-氯乙基苯和l mol HCl，相当于增加反应物的浓度，平衡正向移动，V_正＞V_逆，设0-12min消耗氯气浓度x，
                     
起始（mol/L） 0.12                    0.12                  0.28           0.28
转化（mol/L）   x                          x                       x                  x
平衡（mol/L） 0.12-x                 0.12-x             0.28+x              0.28+x
K=$\frac{（0.28+x）（0.28+x）}{（0.12-x）（0.12-x）}$=81
x=0.08mol/L，
平衡状态氯气=0.12mol/L-0.08mol/L=0.04mol/L，0-12min氯气总浓度=0.3mol/L，
则氯气转化率=$\frac{0.3mol/L-0.04mol/L}{0.3mol/L}$×100%=86.7%，
故答案为：＞；86.7%．

点评 本题考查了反应热的计算、化学平衡理论，明确反应热=反应物总键能-生成物总能键能，熟悉影响化学平衡移动的因素是解题关键，注意平衡常数计算和三段式计算，题目难度中等．