Question

3．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α-氯乙基苯的反應(yīng)如下：
CH₂CH₃（g）+Cl₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CHCl-CH₃（g）+HCl（g）△H＞0
T℃時(shí)，向一恒壓密閉容器中充入等物質(zhì)的量的乙苯氣體和氯氣發(fā)生上述反應(yīng)（已排除其他反應(yīng)干擾），測得乙苯摩爾分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化如下表所示：

時(shí)間/（min）	0	2	5	6	9	10
χ（乙苯）	0.5	0.25	0.1	0.1	0.05	0.05

（1）若初始投入乙苯為2mol，恒壓容器容積10L，用氯氣表示該反應(yīng)0～5分鐘內(nèi)的速率υ（Cl₂）=0.032mol/（L•min）．T℃時(shí)，計(jì)算該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=16．6分鐘時(shí)，僅改變一種條件破壞了平衡，則改變的外界條件為升高溫度．
（2）圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為b（填曲線標(biāo)記字母），其判斷理由是正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高K變大．

（3）乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率α（乙苯）隨反應(yīng)物投料比和溫度的關(guān)系如圖2所示，圖2中的溫度由大到小為T₃＞T₂＞T₁，其判斷理由是正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，乙苯轉(zhuǎn)化率增加．
（二）催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的反應(yīng)如下：
CH₂CH₃（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH=CH₂（g）+H₂（g）△H=+124kJ/mol
（4）氣相反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)有多種表示方法，可用各氣體摩爾分?jǐn)?shù)代替濃度項(xiàng)表示平衡常數(shù)，寫出上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K_χ=$\frac{λ（氫氣）λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$．（用符號(hào)χ表示氣體摩爾分?jǐn)?shù)）．
（5）工業(yè)上，在恒壓條件下進(jìn)行上述反應(yīng)時(shí)，將乙苯與水蒸氣的混合氣體通入反應(yīng)器中（已知水蒸氣不參與反應(yīng)），加入水蒸氣可以使乙苯的轉(zhuǎn)化率增大，用化學(xué)平衡理論解釋乙苯轉(zhuǎn)化率增加的原因恒壓條件，加水蒸氣體積增大，相當(dāng)于減壓，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，乙苯轉(zhuǎn)化率增加．

Answer 1

分析 （一）（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{t}$計(jì)算出0～5分鐘內(nèi)的苯的反應(yīng)速率，利用速率之比等于反應(yīng)中計(jì)量數(shù)之比可得到氯氣的反應(yīng)速率，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，在5分鐘后，乙苯的摩爾分?jǐn)?shù)不變?yōu)?.1，即反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，該反應(yīng)的總物質(zhì)的量不變，據(jù)此可求得平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)K=$\frac{c（α-氯乙基苯）c（HCl）}{c（乙苯）c（Cl2）}$計(jì)算平衡常數(shù)，6分鐘時(shí)，乙苯的摩爾分?jǐn)?shù)變小，說明平衡正向移動(dòng)，據(jù)此分析；
（2）該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，據(jù)此判斷；
（3）根據(jù)圖，當(dāng)反應(yīng)物投料比不變時(shí)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，乙苯的摩爾分?jǐn)?shù)減小，據(jù)此判斷；
（二）（4）根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知，平衡常數(shù)等于生成物氣體摩爾分?jǐn)?shù)之積除以反應(yīng)物氣體摩爾分?jǐn)?shù)之積；
（5）在恒壓條件下進(jìn)行上述反應(yīng)時(shí)，加入水蒸氣，容器的體積增大，水不參加反應(yīng)，相當(dāng)于對原混合體系進(jìn)行減壓，據(jù)此答題．

解答 解：（一）（1）若初始投入乙苯為2mol，則氯氣也為2mol，該反應(yīng)的總物質(zhì)的量不變，所以平衡時(shí)乙苯的物質(zhì)的量為4mol×0.1=0.4mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{t}$可知，0～5分鐘內(nèi)的乙苯的反應(yīng)速率=$\frac{\frac{2mol-0.4mol}{10L}}{5min}$=0.032mol/（L•min），根據(jù)反應(yīng)方程式可知，乙苯的系數(shù)與氯氣的系數(shù)之比為1：1，利用速率之比等于反應(yīng)中計(jì)量數(shù)之比可知氯氣的反應(yīng)速率為0.032mol/（L•min），此時(shí)c（乙苯）=0.04mol/L，c（Cl₂）=0.04mol/L，c（α-氯乙基苯）=0.16mol/L，c（HCl）=0.16mol/L，根據(jù)K=$\frac{c（α-氯乙基苯）c（HCl）}{c（乙苯）c（Cl2）}$可知，K=$\frac{0.1{6}^{2}}{0.0{4}^{2}}$=16，6分鐘時(shí)，乙苯的摩爾分?jǐn)?shù)變小，說明平衡正向移動(dòng)，而該 反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以應(yīng)為升高溫度，
故答案為：0.032mol/（L•min）；16； 升高溫度；
（2）該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其他條件不變，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，故選b線，
故答案為：b；正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高K變大；
（3）根據(jù)圖，當(dāng)反應(yīng)物投料比不變時(shí)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，乙苯的摩爾分?jǐn)?shù)減小，所以T₃＞T₂＞T₁，
故答案為：T₃＞T₂＞T₁；正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其他條件不變，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，乙苯轉(zhuǎn)化率增加；
（二）（4）根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知，平衡常數(shù)等于生成物氣體摩爾分?jǐn)?shù)之積除以反應(yīng)物氣體摩爾分?jǐn)?shù)之積，所以平衡常數(shù)表達(dá)式K_χ=$\frac{λ（氫氣）λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$，
故答案為：$\frac{λ（氫氣）λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$；
（5）在恒壓條件下進(jìn)行上述反應(yīng)時(shí)，加入水蒸氣，容器的體積增大，水不參加反應(yīng)，相當(dāng)于對原混合體系進(jìn)行減壓，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，乙苯轉(zhuǎn)化率增加，
故答案為：恒壓條件，加水蒸氣體積增大，相當(dāng)于減壓，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，乙苯轉(zhuǎn)化率增加．

點(diǎn)評 本題涉及化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素和化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)計(jì)算，解題時(shí)注意準(zhǔn)確理解化學(xué)平衡的圖象、正確理解平衡移動(dòng)的影響因素，題目難度中等．