8.乙苯是一種用途廣泛的有機(jī)原料,可制備多種化工產(chǎn)品.
(一)制備苯乙烯(原理如反應(yīng)I所示):
Ⅰ. (g)?(g)+H2 △H=+124KJ•mol-1
(1)部分化學(xué)鍵的鍵能如表所示:
化學(xué)鍵C-HC-CC=CH-H
鍵能/KJ/mol412348X436
根據(jù)反應(yīng)I的能量變化,計(jì)算X=612.
(2)工業(yè)上,在恒壓設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)I時(shí),常在乙苯蒸氣中通入一定量的水蒸氣.請(qǐng)用化學(xué)平衡理論解釋通入水蒸氣的原因:正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),保持壓強(qiáng)不變,加入水蒸氣,容器體積應(yīng)增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率.
(3)已知吉布斯自由能△G=△H-T△S,當(dāng)△G<0時(shí)反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行.由此判斷反應(yīng)I在高溫(填“高溫”或“低溫”)更易自發(fā)進(jìn)行.
(二)制備α-氯乙基苯(原理如反應(yīng)Ⅱ所示):
Ⅱ. (g)+Cl2(g)?(g)+HCl(G)△H2>0
(4)T°C時(shí),向10L恒容密閉容器中充入2mol乙苯(g)和2mol Cl2(g)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,乙苯(或Cl2)、α-氯乙基苯(或HCl)的物質(zhì)的量濃度(c)隨時(shí)間(t)變化的曲線如圖所示:

①0-2min內(nèi),以HCl表示的該反應(yīng)速率v(HCI)=0.05 mol•L-1•min-1
②6min時(shí),改變的外界條件為升高溫度,該條件下的平衡常數(shù)K的數(shù)值=16.
③10min時(shí),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(shí)該反應(yīng)v>v(填“>”、“<”或“=”);若12min時(shí)反應(yīng)再次達(dá)到平衡,則在0-12min內(nèi),Cl2的轉(zhuǎn)化率α=86.7%.(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

分析 (1)依據(jù)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能計(jì)算解答;
(2)保持壓強(qiáng)不變,加入水蒸氣,容器體積應(yīng)增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng);
(3)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)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(yīng)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(jìn)行,曲線變陡說明反應(yīng)速率加快,改變的條件可以是升溫;
T°C達(dá)到平衡狀態(tài),c(HCl)=0.16mol/L,c(Cl2)=0.04mol/L,結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算得到平衡濃度,平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$;
③10min時(shí),圖象中得到平衡狀態(tài)下物質(zhì)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(jì)算此時(shí)濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向,結(jié)合平衡常數(shù)和化學(xué)三行計(jì)算列式計(jì)算消耗氯氣得到轉(zhuǎn)化率.

解答 解:(1)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能,由有機(jī)物的結(jié)構(gòu)可知,應(yīng)是-CH2CH3中總鍵能與-CH=CH2、H2總鍵能之差,設(shè)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(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),保持壓強(qiáng)不變,加入水蒸氣,容器體積應(yīng)增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng);
故答案為:正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),保持壓強(qiáng)不變,加入水蒸氣,容器體積應(yīng)增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率;
(3)△H=+124kJ•mol-1,反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng),△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(shí),向10L恒容密閉容器中充人2mol乙苯(g)和2mol Cl2(g)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,0-2min時(shí),依據(jù)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(yīng)為吸熱反應(yīng),反應(yīng)前后氣體的體積不變,6min時(shí),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(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng),只能是升高溫度,5min時(shí)達(dá)到平衡,依據(jù)題干條件可知,c(HCl)=0.16mol/L,
          
起始(mol/L) 0.2          0.2                    0                0
轉(zhuǎn)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(shù)為K=$\frac{0.16×0.16}{0.04×0.04}$=16,
故答案為:升高溫度;16;
③10min時(shí),乙苯、Cl2、α-氯乙基苯和 HCl的物質(zhì)的量濃度分別為:0.02mol/L、0.02mol/L、0.18mol/L、0.18mol/L,平衡常數(shù)為K=$\frac{0.18×0.18}{0.02×0.02}$=81,此時(shí)乙苯、Cl2、α-氯乙基苯和 HCl的物質(zhì)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(dāng)于增加反應(yīng)物的濃度,平衡正向移動(dòng),V>V,設(shè)0-12min消耗氯氣濃度x,
                     
起始(mol/L) 0.12                    0.12                  0.28           0.28
轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率=$\frac{0.3mol/L-0.04mol/L}{0.3mol/L}$×100%=86.7%,
故答案為:>;86.7%.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡理論,明確反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能,熟悉影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素是解題關(guān)鍵,注意平衡常數(shù)計(jì)算和三段式計(jì)算,題目難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

14.下列變化屬于加成反應(yīng)的是(  )
A.乙烯使酸性高錳鉀溶液的紫色褪去
B.乙烯與水在一定條件下反應(yīng)生成乙醇
C.苯與濃硫酸和濃硝酸的混合溶液反應(yīng)生成油狀物
D.乙醇在催化劑存在的條件下與氧氣反應(yīng)生成乙醛

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.下列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、現(xiàn)象及得出的結(jié)論完全正確的是( 。
實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象得出的結(jié)論
A向一未知溶液的樣品中,加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液,生成大量白色沉淀該溶液中一定含有SO42-
B向2.0mL濃度均為0.1mol•L-1的KCl、KI混合溶液中滴加1~2滴0.01mol•L-1AgNO3溶液,振蕩,沉淀呈黃色Ksp:AgCl>AgI
C取少量蔗糖溶液,加入3~5滴稀硫酸,水浴加熱后再加入少量新制的Cu(OH)2懸濁液,加熱3~5分鐘,無磚紅色沉淀生成蔗糖沒有水解
D向兩支裝有2mL 0.1mol•L-1草酸溶液的試管中,分別滴入4mL 0.01mol•L-1的高錳酸鉀溶液、4mL 0.02mol•L-1的高錳酸鉀溶液,發(fā)現(xiàn)加4mL 0.02mol•L-1的高錳酸鉀溶液的試管先褪色濃度越大,反應(yīng)速率越快
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

12.將等體積、等pH的NaOH溶液和NH3•H2O溶液,分別加入到盛有10mL1mol/LAlCl3溶液的甲、乙兩燒杯中.下列說法正確的是( 。
A.甲中沉淀一定比乙多B.甲和乙中沉淀可能一樣多
C.甲中沉淀可能比乙多D.乙中沉淀一定比甲多

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

3.碳及其化合物廣泛存在于自然界中,試回答下列問題:
(1)某處碳循環(huán)如圖l所示,CaCO3 轉(zhuǎn)化為HCO3-的離子方程式為CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3-

(2)常溫常壓下,空氣中的CO2溶于水,達(dá)到平衡時(shí),無機(jī)碳在溶液中以4 種形式存在,其轉(zhuǎn)化關(guān)系如下:
①CO2(g)+H2O?H2CO3   K=10-2.8
②H2CO3?H++HCO3- K1=10-3.5,
③HCO3-?H++CO32- k2=10-10.3,
若溶液中.c(CO2)=1.0×10-5mol/L,且忽略水的電離及H2CO3的第二級(jí)電離,則溶液pH=5.65.
(3)某化學(xué)小組為了測(cè)量湖水中無機(jī)碳的含量,量取100mL湖水,酸化后用N2吹出CO2,再用NaOH溶液吸收.將吸收液用01.0mol/L鹽酸滴定,生成的V(CO2)隨V(鹽酸) 變化關(guān)系如圖2所示,則吸收液中離子濃度由大到小機(jī)碳的濃度為c(Na+)>c(OH-)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(H+),湖水中無機(jī)碳的濃度為0.01mol/L.
(4)研究人員設(shè)設(shè)計(jì)出一種新型太陽能電池,能直接把一氧化碳和水轉(zhuǎn)化成CO、H2和02,原理如圖3所示,該裝置中能量的轉(zhuǎn)化方式為太陽能轉(zhuǎn)化為電能,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,催化劑b表面的電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+2OH-),2H++CO2+2e-=CO+H2O.
(5)利用(4)中產(chǎn)生的CO和H2,通過反應(yīng):CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)制備甲醇,若起始時(shí)在密閉容器中按物質(zhì)的量之比1:2充入CO和H2,測(cè)得平衡時(shí)a(CO)隨T、P的變化關(guān)系如圖4所示.
①P1小于P2(填“大于”、“小于”或“等于”);
②該反應(yīng)在195℃P2條件下達(dá)到平衡后,c(H2)=0.2mol/L,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為25L2/mol2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

13.醫(yī)用麻醉藥芐佐卡因E和食品防腐劑J的合成路線如圖1:

已知:
I.M代表E分子結(jié)構(gòu)中的一部分
II.$\stackrel{Fe/HCl}{→}$
請(qǐng)回答下列問題:
(1)芳香烴A的質(zhì)譜圖如2圖,其名稱是甲苯.
(2)E中所含官能團(tuán)的名稱是氨基、酯基.
(3)由A制備F的反應(yīng)類型是取代反應(yīng).
(4)C能與NaHCO3溶液反應(yīng),反應(yīng)①的化學(xué)方程式是
(5)反應(yīng)②中試劑ⅱ是a(填序號(hào))
a.高錳酸鉀酸性溶液            b.氫氧化鈉溶液
(6)寫出反應(yīng)③的化學(xué)反應(yīng)方程式
(7)J有多種同分異構(gòu)體,寫出其中所有符合下列條件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式
a.為苯的鄰位二元取代物,且與FeCl3可以發(fā)生顯色反應(yīng)
b.與J具有相同的官能團(tuán),且能發(fā)生銀鏡反應(yīng)
(8)以A為起始原料,選用必要的無機(jī)試劑合成涂改液的主要成分亞甲基環(huán)己烷(),寫出合成路線(用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表示有機(jī)物,用箭頭表示轉(zhuǎn)化關(guān)系,箭頭上注明試劑和反應(yīng)條件):

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:多選題

20.有I-IV四個(gè)體積均為0.5L的恒容密閉容器,在I、II、III中按不同投料比(Z)充入 HCl和O2(如表),加入催化劑發(fā)生反應(yīng)4HCl(g)+O2(g)?2Cl2 (g)+2H2O(g)△H,HCl的平衡轉(zhuǎn)化率與Z和T的關(guān)系如圖所示:下列說法不正確的是( 。
容器起始時(shí) 
 T/℃ n(HCl)/mol Z
 300℃ 0.25
 300℃ 0.25 b
 300℃ 0.254
A.△H<0,a<4<b
B.容器III某時(shí)刻處R點(diǎn),則R點(diǎn)的v(正)<v(逆),壓強(qiáng):P(R)>P(Q)
C.300℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為640
D.若起始時(shí),在容器Ⅳ中只充入0.25molCl2和0.25molH2O(g),300℃達(dá)平衡時(shí)容器中 HCl的物質(zhì)的 量濃度大于0.2mol•L-1

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

17.常溫下,向 100mL0.01mol•L-1HA 溶液中逐滴加入0.02mol•L-1MOH 溶液,圖中所示曲線表示混合溶液的pH變化情況(體積變化忽略不計(jì)).下列敘述一定正確的是(  )
A.由圖中信息可知HA為弱酸
B.在N點(diǎn)pH=7,酸堿恰好完全反應(yīng)
C.常溫時(shí)一定濃度的MA稀溶液顯中性
D.K 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液中,c(M+)+c(MOH)=2c (A-

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

18.關(guān)于化學(xué)式[TiCl(H2O)5]Cl2•H2O的配合物的下列說法中正確的是(  )
A.配位體是Cl-和H2O,配位數(shù)是8
B.中心離子是Ti4+
C.內(nèi)界和外界中的Cl-的數(shù)目比是1:2
D.在lmol該配合物中加入足量 AgNO3溶液,可以得到3mol AgCl沉淀

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