Question

10．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． △H=+124kJ•mol^-1
（1）部分化學(xué)鍵的鍵能如表所示：

化學(xué)鍵	C-H	C-C	C═C	H-H
鍵能/kJ•mol-1	412	348	x	436

根據(jù)反應(yīng)I的能量變化，計算x=612．
（2）工業(yè)上，在恒壓設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)I時，常在乙苯蒸氣中通入一定量的水蒸氣．用化學(xué)平衡理論解釋通入水蒸氣的原因為正反應(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，提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率．
（3）從體系自由能變化的角度分析，反應(yīng)I在高溫（填“高溫”或“低溫”）下有利于其自發(fā)進(jìn)行．
（二）制備α-氯乙基苯（原理如反應(yīng)II所示）：
II．△H₂＞0
（4）T℃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(yīng)Ⅱ，5min時達(dá)到平衡，乙苯和Cl₂的物質(zhì)的量濃度（c）隨時間（t）變化的曲線如圖l所示：

①0-5min內(nèi)，以HC1表示的該反應(yīng)速率v（HCl）=0.032 mol•L^-1•min^-1．
②T℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=16．
③6min時，改變的外界條件為升高溫度．
④10min時，保持其他條件不變，再向容器中充人1moI乙苯、1mol Cl₂、1mol α-氯乙基苯和l mol HCl，12min時達(dá)到新平衡．在圖2中畫出10-12 min，Cl₂和HCl的濃度變化曲線（曲線上標(biāo)明Cl₂和HCl）；0-5min和0-12min時間段，Cl₂的轉(zhuǎn)化率分別用α₁、α₂ 表示，則α_l＜α₂（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

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；
（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，達(dá)到平衡狀態(tài)HCl生成濃度為0.16mol/L，反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②T°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)平衡三行計算列式計算得到平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
③6min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；
④先計算平衡狀態(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，計算此時濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，利用平衡常數(shù)計算得到鋅平衡狀態(tài)下HCl和Cl2的平衡濃度，據(jù)此繪制變化圖象，

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；
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，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，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，5min時達(dá)到平衡，依據(jù)題干條件可知，C（HCl）=0.16mol/L，v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{0.16mol/L}{5min}$=0.032 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.032 mol•L^-1•min^-1；
②5min時達(dá)到平衡，依據(jù)題干條件可知，C（HCl）=0.16mol/L，n（HCl）=1.6mol，
              
起始（mol） 2                       2                 0                    0
轉(zhuǎn)化（mol） 1.6                     1.6            1.6                 1.6
平衡（mol） 0.4                    0.4             1.6                1.6
平衡常數(shù)為K=$\frac{\frac{1.6}{10}×\frac{1.6}{10}}{\frac{0.4}{10}×\frac{0.4}{10}}$=16，
故答案為：16；
③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，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，只能是升高溫度，
故答案為：升高溫度；
④10min時，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，則α₁＜α₂，設(shè)轉(zhuǎn)化的乙苯物質(zhì)的量濃度為x，則
                     
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
平衡常數(shù)為K=$\frac{（0.28+x）（0.28+x）}{（0.12-x）（0.12-x）}$=81，解得x=0.08mol/L，則12min時，乙苯、Cl₂物質(zhì)的量濃度都為0.12-x=0.04mol/L，α-氯乙基苯和 HCl的物質(zhì)的量濃度都為：0.28+x=0.36mol/L，濃度變化曲線如圖：，

故答案為：；＜．

點評 本題考查了反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡理論，明確應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能，熟悉影響化學(xué)平衡移動的因素是解題關(guān)鍵，注意（4）利用平衡常數(shù)不變，利用三段式計算并畫圖是該題的難點，題目難度中等．