Question

8．乙苯是一種用途廣泛的有機原料，可制備多種化工產品．
（一）制備苯乙烯（原理如反應I所示）：
Ⅰ． （g）?（g）+H₂ △H=+124KJ•mol^-1
（1）部分化學鍵的鍵能如表所示：

化學鍵	C-H	C-C	C=C	H-H
鍵能/KJ/mol	412	348	X	436

根據反應I的能量變化，計算X=612．
（2）工業(yè)上，在恒壓設備中進行反應I時，常在乙苯蒸氣中通入一定量的水蒸氣．請用化學平衡理論解釋通入水蒸氣的原因：正反應為氣體分子數增大的反應，保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向正反應方向移動，提高乙苯的平衡轉化率．
（3）已知吉布斯自由能△G=△H-T△S，當△G＜0時反應可自發(fā)進行．由此判斷反應I在高溫（填“高溫”或“低溫”）更易自發(fā)進行．
（二）制備α-氯乙基苯（原理如反應Ⅱ所示）：
Ⅱ． （g）+Cl₂（g）?（g）+HCl（G）△H₂＞0
（4）T°C時，向10L恒容密閉容器中充入2mol乙苯（g）和2mol Cl₂（g）發(fā)生反應Ⅱ，乙苯（或Cl₂）、α-氯乙基苯（或HCl）的物質的量濃度（c）隨時間（t）變化的曲線如圖所示：

①0-2min內，以HCl表示的該反應速率v（HCI）=0.05 mol•L^-1•min^-1．
②6min時，改變的外界條件為升高溫度，該條件下的平衡常數K的數值=16．
③10min時，保持其他條件不變，再向容器中充入1mol乙苯、1mol Cl₂、1molα-氯乙基苯和1mol HCl，則此時該反應v_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）；若12min時反應再次達到平衡，則在0-12min內，Cl₂的轉化率α=86.7%．（計算結果保留三位有效數字）

Answer 1

分析 （1）依據反應熱=反應物總鍵能-生成物總能鍵能計算解答；
（2）保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動；
（3）反應自發(fā)進行的判斷依據是△H-T△S＜0；
（4）①圖象分析可知，0-2minHCl生成濃度為0.1mol/L，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②6min后HCl濃度增大，氯氣濃度減小，說明平衡正向進行，曲線變陡說明反應速率加快，改變的條件可以是升溫；
T°C達到平衡狀態(tài)，c（HCl）=0.16mol/L，c（Cl₂）=0.04mol/L，結合化學平衡三行計算列式計算得到平衡濃度，平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
③10min時，圖象中得到平衡狀態(tài)下物質的濃度，再向容器中充人1moI乙苯、1mol Cl₂、1mol α-氯乙基苯和l mol HCl，計算此時濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向，結合平衡常數和化學三行計算列式計算消耗氯氣得到轉化率．

解答 解：（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總能鍵能，由有機物的結構可知，應是-CH₂CH₃中總鍵能與-CH=CH₂、H₂總鍵能之差，設C=C鍵能為X，則△H=（5×412+348-3×412-X-436）kJ•mol^-1=124kJ•mol^-1，
解得X=612KJ/mol；
故答案為：612；
（2）正反應為氣體分子數增大的反應，保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向正反應方向移動；
故答案為：正反應為氣體分子數增大的反應，保持壓強不變，加入水蒸氣，容器體積應增大，等效為降低壓強，平衡向正反應方向移動，提高乙苯的平衡轉化率；
（3）△H=+124kJ•mol^-1，反應為氣體體積增大的吸熱反應，△H＞0，△S＞0，滿足△H-T△S＜0，需要高溫條件下，
故答案為：高溫；
（4）①T℃時，向10L恒容密閉容器中充人2mol乙苯（g）和2mol Cl₂（g）發(fā)生反應Ⅱ，0-2min時，依據題干條件可知，c（HCl）=0.1mol/L，v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{0.1mol/L}{2min}$=0.05 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.05 mol•L^-1•min^-1；
②制備α-氯乙基苯的正反應為吸熱反應，反應前后氣體的體積不變，6min時，乙苯、Cl₂的濃度在減小，而α-氯乙基苯和HCl的濃度在增加，反應向正反應方向移動，只能是升高溫度，5min時達到平衡，依據題干條件可知，c（HCl）=0.16mol/L，
          
起始（mol/L） 0.2          0.2                    0                0
轉化（mol/L） 0.16         0.16                 0.16          0.16
平衡（mol/L） 0.04          0.04                  0.16           0.16
平衡常數為K=$\frac{0.16×0.16}{0.04×0.04}$=16，
故答案為：升高溫度；16；
③10min時，乙苯、Cl₂、α-氯乙基苯和 HCl的物質的量濃度分別為：0.02mol/L、0.02mol/L、0.18mol/L、0.18mol/L，平衡常數為K=$\frac{0.18×0.18}{0.02×0.02}$=81，此時乙苯、Cl₂、α-氯乙基苯和 HCl的物質的量濃度比為：1：1：9：9，保持其他條件不變，再向容器中充人1mol 乙苯、1mol Cl₂、1mol α-氯乙基苯和l mol HCl，相當于增加反應物的濃度，平衡正向移動，V_正＞V_逆，設0-12min消耗氯氣濃度x，
                     
起始（mol/L） 0.12                    0.12                  0.28           0.28
轉化（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，
平衡狀態(tài)氯氣=0.12mol/L-0.08mol/L=0.04mol/L，0-12min氯氣總濃度=0.3mol/L，
則氯氣轉化率=$\frac{0.3mol/L-0.04mol/L}{0.3mol/L}$×100%=86.7%，
故答案為：＞；86.7%．

點評 本題考查了反應熱的計算、化學平衡理論，明確反應熱=反應物總鍵能-生成物總能鍵能，熟悉影響化學平衡移動的因素是解題關鍵，注意平衡常數計算和三段式計算，題目難度中等．