Question

11．乙烷催化脱氢制取乙烯反应：CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g）．
（1）上述反应的平衡常数表达式为$\frac{c（{H}_{2}）c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{3}）}$
（2）下列描述中能说明一定温度下上述反应在恆容容器中已达平衡的是bd．
a．单位时间内生成Amol乙烯同时生成Amol氢气
b．容器中各气体的物质的量不随时间而变化
c．容器中气体密度不随时间而变化
d．容器中气体压强不随时间而变化
（3）已知：

共价键	C-C	C=C	C-H	H-H
键能/KJ•mol-1	348	610	413	436

计算上述反应的△H=+128KJ•mol^-1．
升高温度，平衡常数K将增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）对于上述反应，图1能（“能”或“不能”）表示生成物浓度与温度的关系，理由是温度越高，反应速率越大，达平衡时间越短（或曲线斜率越大）；该反应是吸热反应，温度越高，达平衡时生成物浓度越大．图2不能“能”或“不能”）表示反应速率与压强的关系，理由是该反应是气体体积增加的反应，达平衡后再加压，平衡向逆方向移动，V_逆＞V_正．

（5）一定温度下，将n摩尔乙烷放入V升密闭容器中进行催化脱氢，维持容器体积不变，测得乙烷的平衡转化率为a，则该温度下反应的平衡常数K=$\frac{{a}^{2}n}{V（1-a）}$（用含n、V、a的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
（2）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断；
（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CH₃CH₃中总键能与CH₂=CH₂、H₂总键能之差；
（4）图1分析先拐先平温度高，平衡正向进行，生成物浓度增大；图2增大压强反应速率增大，平衡逆向进行，正反应速率大于逆反应速率；
（5）平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$．

解答 解：（1）乙烷催化脱氢制取乙烯反应：CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{3}）}$，
故答案为：$\frac{c（{H}_{2}）c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{3}）}$；
（2）CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），
a．单位时间内生成Amol乙烯同时生成Amol氢气，只能说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
b．容器中各气体的物质的量不随时间而变化，物质浓度不变，说明正逆反应速率相同，故b正确；
c．气体质量和密度不变，容器中气体密度始终不随时间而变化，不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d．反应前后气体物质的量发生变化，容器中气体压强不随时间而变化，说明反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
（3）CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），反应热=反应物总键能-生成物总能键能=436KJ/mol+610KJ/mol+4×413KJ/mol-348KJ/mol-6×413KJ/mol=+128KJ/mol，反应焓变大于0，正反应为吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大，
故答案为：+128，增大；
（4）图1分析先拐先平温度高，平衡正向进行，生成物浓度增大，图1能表示生成物浓度与温度的关系，温度越高，反应速率越大，达平衡时间越短（或曲线斜率越大）；该反应是吸热反应，温度越高，达平衡时生成物浓度越大，图2不能表示反应速率与压强的关系，该反应是气体体积增加的反应，达平衡后再加压，平衡向逆方向移动，V_逆＞V_正；增大压强反应速率增大，平衡逆向进行，图2中正反应速率大于逆反应速率错误，
故答案为：能，温度越高，反应速率越大，达平衡时间越短（或曲线斜率越大）；该反应是吸热反应，温度越高，达平衡时生成物浓度越大；不能，该反应是气体体积增加的反应，达平衡后再加压，平衡向逆方向移动，V_逆＞V_正；
（5）一定温度下，将n摩尔乙烷放入V升密闭容器中进行催化脱氢，维持容器体积不变，测得乙烷的平衡转化率为a，依据平衡三行列式计算，
               CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）  $\frac{n}{V}$          0            0
变化量（mol/L）  $\frac{n}{V}$a        $\frac{n}{V}$a           $\frac{n}{V}$a  
平衡量（mol/L） $\frac{n}{V}$（1-a）     $\frac{n}{V}$a            $\frac{n}{V}$a 
则该温度下反应的平衡常数K=$\frac{\frac{n}{V}a×\frac{n}{V}a}{\frac{n}{V}（1-a）}$=$\frac{{a}^{2}n}{V（1-a）}$，
故答案为：$\frac{{a}^{2}n}{V（1-a）}$．

点评 本题考查了化学平衡影响因素、化学平衡常数计算、图象分析应用，掌握平衡移动原理和反应特征是解题关键，题目难度中等．