Question

5．苯乙烯是重要的基礎(chǔ)有機(jī)原料．工業(yè)中用乙苯（C₆ H₅-CH₂ CH₃）為原料，采用催化脫氫的方法制取苯乙烯（C₆ H₅-CH=CH₂）的反應(yīng)方程式為：
?催化劑═CH₂（g）+H₂（g）
（1）向體積為VL的密閉容器中充入a mol乙苯，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，平衡體系組成（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）與溫度的關(guān)系如圖所示：由圖可知：在600℃時(shí)，平衡體系中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為25%，則：
①氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為25%；
②乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為33.3%；
③計(jì)算此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)$\frac{a}{6V}$．
（2）已知某溫度下，當(dāng)壓強(qiáng)為101.3kPa時(shí)，該反應(yīng)中乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為30%；在相同溫度下，若反應(yīng)體系中加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率＞30%（填“＞、=、＜”）．
（3）已知：

化學(xué)鍵	C-H	C-C	C=C	H-H
鍵能/kJ/mol	412	348	612	436

計(jì)算上述反應(yīng)的△H=+124kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）用三行式求出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等于氫氣物質(zhì)的量除以氣體總物質(zhì)的量，轉(zhuǎn)化率等于消耗量除以起始量，仍然根據(jù)三行式求出平衡時(shí)各組分的濃度，最后代入平衡常數(shù)表達(dá)式；
（2）根據(jù)平衡移動(dòng)原理，若反應(yīng)體系中加入稀釋劑，向計(jì)量數(shù)增加的方向移動(dòng)；
（3）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．

解答 解：（1）設(shè)乙苯的變化量為x，
            C₆H₅-CH₂CH₃（g）?C₆H₅-CH=CH₂（g）+H₂（g）
起始量     a mol               0           0
變化量     x mol             x mol        x mol
平衡量   （a-x）mol          x mol         x mol
由題可知：$\frac{x}{a-x+2x}$×100%=25%，則x=$\frac{1}{3}$a，
即：a-x=2x，
①因?yàn)槠胶怏w系中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為25%，則氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為25%，乙苯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為50%，
故答案為：25%；
②乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為  $\frac{xmol}{amol}$×100%=33%，故答案為：33.3%；  
③x=$\frac{1}{3}$a，平衡狀態(tài)下乙苯平衡濃度為$\frac{a-x}{V}$=$\frac{2a}{3V}$，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算平衡濃度，
                     C₆ H₅-CH₂ CH₃ （g）?C₆ H₅-CH=CH₂ （g）+H₂（g）
起始濃度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{V}$                    0           0
變化濃度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{3V}$                  $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$
平衡濃度/（ mol•L^-1）：$\frac{2a}{3V}$                  $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$
K=$\frac{\frac{a}{3V}×\frac{a}{3V}}{\frac{2a}{3V}}$=$\frac{a}{6V}$，
故答案為：$\frac{a}{6V}$；          
（2）在相同溫度下，若反應(yīng)體系中加入稀釋劑，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，向計(jì)量數(shù)增加的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增加，故答案為：＞；
（3）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，故△H=（5×412+348-3×412-612-436）kJ•mol^-1=+124kJ•mol^-1，
故答案為：+124．

點(diǎn)評(píng) 本題考蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算，注意利用鍵能計(jì)算反應(yīng)焓變的方法，題目難度中等．