Question

3．乙苯是一種用途廣泛的有機原料，可制備多種化工產品．
（一）制備α-氯乙基苯的反應如下：
CH₂CH₃（g）+Cl₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CHCl-CH₃（g）+HCl（g）△H＞0
T℃時，向一恒壓密閉容器中充入等物質的量的乙苯氣體和氯氣發(fā)生上述反應（已排除其他反應干擾），測得乙苯摩爾分數隨時間變化如下表所示：

時間/（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0～5分鐘內的速率υ（Cl₂）=0.032mol/（L•min）．T℃時，計算該反應的化學平衡常數K=16．6分鐘時，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K隨溫度變化關系的曲線為b（填曲線標記字母），其判斷理由是正反應為吸熱反應，其他條件不變，溫度升高K變大．

（3）乙苯的平衡轉化率α（乙苯）隨反應物投料比和溫度的關系如圖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為吸熱反應，其他條件不變，溫度升高，平衡正向移動，乙苯轉化率增加．
（二）催化脫氫生產苯乙烯的反應如下：
CH₂CH₃（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH=CH₂（g）+H₂（g）△H=+124kJ/mol
（4）氣相反應的化學平衡常數有多種表示方法，可用各氣體摩爾分數代替濃度項表示平衡常數，寫出上述反應的平衡常數表達式K_χ=$\frac{λ（氫氣）λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$．（用符號χ表示氣體摩爾分數）．
（5）工業(yè)上，在恒壓條件下進行上述反應時，將乙苯與水蒸氣的混合氣體通入反應器中（已知水蒸氣不參與反應），加入水蒸氣可以使乙苯的轉化率增大，用化學平衡理論解釋乙苯轉化率增加的原因恒壓條件，加水蒸氣體積增大，相當于減壓，平衡向氣體分子數增大的方向移動，即正向移動，乙苯轉化率增加．

Answer 1

分析 （一）（1）根據v=$\frac{△c}{t}$計算出0～5分鐘內的苯的反應速率，利用速率之比等于反應中計量數之比可得到氯氣的反應速率，根據表中的數據可知，在5分鐘后，乙苯的摩爾分數不變?yōu)?.1，即反應達到平衡狀態(tài)，該反應的總物質的量不變，據此可求得平衡時各物質的濃度，根據K=$\frac{c（α-氯乙基苯）c（HCl）}{c（乙苯）c（Cl2）}$計算平衡常數，6分鐘時，乙苯的摩爾分數變小，說明平衡正向移動，據此分析；
（2）該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，據此判斷；
（3）根據圖，當反應物投料比不變時，升高溫度，平衡正向移動，乙苯的摩爾分數減小，據此判斷；
（二）（4）根據平衡常數的定義可知，平衡常數等于生成物氣體摩爾分數之積除以反應物氣體摩爾分數之積；
（5）在恒壓條件下進行上述反應時，加入水蒸氣，容器的體積增大，水不參加反應，相當于對原混合體系進行減壓，據此答題．

解答 解：（一）（1）若初始投入乙苯為2mol，則氯氣也為2mol，該反應的總物質的量不變，所以平衡時乙苯的物質的量為4mol×0.1=0.4mol，根據v=$\frac{△c}{t}$可知，0～5分鐘內的乙苯的反應速率=$\frac{\frac{2mol-0.4mol}{10L}}{5min}$=0.032mol/（L•min），根據反應方程式可知，乙苯的系數與氯氣的系數之比為1：1，利用速率之比等于反應中計量數之比可知氯氣的反應速率為0.032mol/（L•min），此時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，乙苯的摩爾分數變小，說明平衡正向移動，而該 反應為吸熱反應，所以應為升高溫度，
故答案為：0.032mol/（L•min）；16； 升高溫度；
（2）該反應的正反應為吸熱反應，其他條件不變，升高溫度，平衡正向移動，平衡常數增大，故選b線，
故答案為：b；正反應為吸熱反應，其他條件不變，溫度升高K變大；
（3）根據圖，當反應物投料比不變時，升高溫度，平衡正向移動，乙苯的摩爾分數減小，所以T₃＞T₂＞T₁，
故答案為：T₃＞T₂＞T₁；正反應為吸熱反應，其他條件不變，溫度升高，平衡正向移動，乙苯轉化率增加；
（二）（4）根據平衡常數的定義可知，平衡常數等于生成物氣體摩爾分數之積除以反應物氣體摩爾分數之積，所以平衡常數表達式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）在恒壓條件下進行上述反應時，加入水蒸氣，容器的體積增大，水不參加反應，相當于對原混合體系進行減壓，平衡向氣體分子數增大的方向移動，即正向移動，乙苯轉化率增加，
故答案為：恒壓條件，加水蒸氣體積增大，相當于減壓，平衡向氣體分子數增大的方向移動，即正向移動，乙苯轉化率增加．

點評 本題涉及化學平衡移動的影響因素和化學反應速率的有關計算，解題時注意準確理解化學平衡的圖象、正確理解平衡移動的影響因素，題目難度中等．