Question

7．苯乙烷（C₈H₁₀）可生產(chǎn)塑料單體苯乙烯（C₈H₈），其反應(yīng)原理是C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）△H＞0
Ⅰ．某溫度下，將0.40mol苯乙烷，充入2L真空密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，測(cè)定不同時(shí)間該容器內(nèi)物質(zhì)的量，得到數(shù)據(jù)如下表：

時(shí)間/min	0	10	20	30	40
n（C8H10）/mol	0.40	0.30	0.26	n2[來源：]	n3
n（C8H8）/mol	0.00	0.10	n1	0.16	0.16

（1）當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到20min時(shí)，該段時(shí)間內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率是0.0035mol/（L•min）．
（2）該溫度下，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)是0.053．

化學(xué)鍵	C-H	C-C	C=C	H-H
鍵能/kJ•mol?1	412.5	348	612	436

（3）已知：
計(jì)算上述反應(yīng)的△H=125 kJ•mol^-1．若保持其他條件不變，用0.40mol H₂（g）和0.40mol C₈H₈（g）合成C₈H₁₀（g），當(dāng)有30kJ熱量放出時(shí)，該反應(yīng)中H₂的轉(zhuǎn)化率是60%．此時(shí)，該反應(yīng)是否達(dá)到了平衡狀態(tài)？是（填“是”或“否”）．
Ⅱ．工業(yè)上以高溫水蒸氣作為反應(yīng)體系的稀釋劑（不參與反應(yīng)），C₈H₁₀（g）的平衡轉(zhuǎn)化率與水蒸氣的用量、體系的溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖Ⅰ、圖Ⅱ所示．

（4）由圖Ⅰ可知，T₁大于T₂（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）由圖Ⅱ可知，當(dāng)其他條件不變時(shí)，水蒸氣的用量越大，C₈H₁₀的平衡轉(zhuǎn)化率將越大（填“越大”、“越小”或“不變”），原因是水蒸氣的用量越大，容器的體積越大，相當(dāng)于減小了原體系的壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大．

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
（2）30min到40min時(shí)，n（C₈H₈）不再變化，說明30min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算公式計(jì)算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度的冪次方乘積$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（3）反應(yīng)焓變△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；根據(jù)$\frac{c（{C}_{8}{H}_{10}）}{c（{C}_{8}{H}_{8}）c（{H}_{2}）}$和平衡常數(shù)K比較大小，判斷平衡移動(dòng)方向；
Ⅱ．（4）溫度升高，平衡向著吸熱的方向移動(dòng)，依此進(jìn)行判斷；
（5）根據(jù)分壓對(duì)平衡移動(dòng)的影響分析．

解答 解：I．（1）將0.40mol苯乙烷，充入2L真空密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，20min后，剩余0.26mol，減少了0.14mol，
            C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）
起始（mol）   0.40        0        0
變化（mol）   0.14      0.14     0.14
20min（mol） 0.26       0.14     0.14
v（H₂）=$\frac{\frac{0.14mol}{2L}}{20min}$=0.0035mol/（L•min）
故答案為：0.0035mol/（L•min）；
（2）C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）
起始（mol/L） 0.20         0       0
變化（mol/L） 0.08        0.08     0.08
30min（mol/L） 0.12       0.08     0.08
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{8}{H}_{8}）c（{H}_{2}）}{c（{C}_{8}{H}_{10}）}$=$\frac{0.08×0.08}{0.12}$=0.053；
故答案為：0.053；
（3）C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g），反應(yīng)焓變△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和=10×412.5+4×348+3×612-8×412.5-3×348-4×612-436=125KJ/mol，
根據(jù)C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）△H=125kJ•mol^-1，可知 C₈H₈（g）+H₂（g）?C₈H₁₀（g）△H=-125kJ•mol^-1，有30kJ熱量放出時(shí)，消耗的H₂量為0.24mol，所以氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.24mol}{0.4mol}$×100%=60%；
根據(jù)（2）知：平衡常數(shù)=0.053，則C₈H₈（g）+H₂（g）?C₈H₁₀（g）的平衡常數(shù)為$\frac{1}{0.053}$=18.75，
             C₈H₈（g）+H₂（g）?C₈H₁₀（g）
起始（mol/L） 0.2      0.2       0
變化（mol/L） 0.12    0.12     0.12
某時(shí)刻（mol/L） 0.08   0.08    0.12
$\frac{c（{C}_{8}{H}_{10}）}{c（{C}_{8}{H}_{8}）c（{H}_{2}）}$=$\frac{0.12}{0.08×0.08}$=18.75=18.75，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
故答案為：125；60%；是；
Ⅱ．（4）C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）△H=125kJ•mol^-1，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，C₈H₁₀的轉(zhuǎn)化率增大，由圖I可知，壓強(qiáng)相同時(shí)，T₁時(shí)C₈H₁₀的轉(zhuǎn)化率大于T₂時(shí)C₈H₁₀的轉(zhuǎn)化率，故T₁大于T₂；
故答案為：大于；
（5）其他條件不變，水蒸氣的用量越大，容器的體積越大，相當(dāng)于減小了原體系的壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大；
故答案為：越大；水蒸氣的用量越大，容器的體積越大，相當(dāng)于減小了原體系的壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡及其相關(guān)計(jì)算，難度較大．本題易錯(cuò)點(diǎn)為（2）和（4），要注意水蒸氣產(chǎn)生的分壓對(duì)化學(xué)平衡的影響以及注意平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)．