Question

5．苯乙烯是重要的基础有机原料．工业中用乙苯（C₆ H₅-CH₂ CH₃）为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯（C₆ H₅-CH=CH₂）的反应方程式为：
?催化剂═CH₂（g）+H₂（g）
（1）向体积为VL的密闭容器中充入a mol乙苯，反应达到平衡状态时，平衡体系组成（物质的量分数）与温度的关系如图所示：由图可知：在600℃时，平衡体系中苯乙烯的物质的量分数为25%，则：
①氢气的物质的量分数为25%；
②乙苯的平衡转化率为33.3%；
③计算此温度下该反应的平衡常数$\frac{a}{6V}$．
（2）已知某温度下，当压强为101.3kPa时，该反应中乙苯的平衡转化率为30%；在相同温度下，若反应体系中加入稀释剂水蒸气并保持体系总压为101.3kPa，则乙苯的平衡转化率＞30%（填“＞、=、＜”）．
（3）已知：

化学键	C-H	C-C	C=C	H-H
键能/kJ/mol	412	348	612	436

计算上述反应的△H=+124kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）用三行式求出平衡时各组分的物质的量，氢气的物质的量分数等于氢气物质的量除以气体总物质的量，转化率等于消耗量除以起始量，仍然根据三行式求出平衡时各组分的浓度，最后代入平衡常数表达式；
（2）根据平衡移动原理，若反应体系中加入稀释剂，向计量数增加的方向移动；
（3）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．

解答 解：（1）设乙苯的变化量为x，
            C₆H₅-CH₂CH₃（g）?C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始量     a mol               0           0
变化量     x mol             x mol        x mol
平衡量   （a-x）mol          x mol         x mol
由题可知：$\frac{x}{a-x+2x}$×100%=25%，则x=$\frac{1}{3}$a，
即：a-x=2x，
①因为平衡体系中苯乙烯的物质的量分数为25%，则氢气的物质的量分数为25%，乙苯的物质的量分数为50%，
故答案为：25%；
②乙苯的平衡转化率为  $\frac{xmol}{amol}$×100%=33%，故答案为：33.3%；  
③x=$\frac{1}{3}$a，平衡状态下乙苯平衡浓度为$\frac{a-x}{V}$=$\frac{2a}{3V}$，结合化学平衡三行计算列式计算平衡浓度，
                     C₆ H₅-CH₂ CH₃ （g）?C₆ H₅-CH=CH₂ （g）+H₂（g）
起始浓度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{V}$                    0           0
变化浓度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{3V}$                  $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$
平衡浓度/（ mol•L^-1）：$\frac{2a}{3V}$                  $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$
K=$\frac{\frac{a}{3V}×\frac{a}{3V}}{\frac{2a}{3V}}$=$\frac{a}{6V}$，
故答案为：$\frac{a}{6V}$；          
（2）在相同温度下，若反应体系中加入稀释剂，根据平衡移动原理，向计量数增加的方向移动，即正向移动，转化率增加，故答案为：＞；
（3）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，故△H=（5×412+348-3×412-612-436）kJ•mol^-1=+124kJ•mol^-1，
故答案为：+124．

点评 本题考盖斯定律的应用，化学平衡常数、转化率的计算，注意利用键能计算反应焓变的方法，题目难度中等．