Question

2．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：
+Cl₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$-CH（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(cè)得乙苯物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化如表所示：

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）=0.32mol•L^-1•mim^-1．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），其判斷理由是該反應(yīng)正方向放熱，升高溫度使平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大．
（二）催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的反應(yīng)如下：
$\stackrel{催化劑}{?}$=CH₂（g）+H₂（g）△H=+124kJ/mol
（3）氣相反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)有多種表示方法，可用各氣體物質(zhì)的量分?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表示氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．
（4）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下加入水蒸氣，體積增大，使反應(yīng)體系減壓，平衡正向移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算反應(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，代入化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算K，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)平衡常數(shù)的定義可知，平衡常數(shù)等于生成物氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之積除以反應(yīng)物氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之積；
（4）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(duì)原混合體系進(jìn)行減壓，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響分析．

解答 解：（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，0～5分鐘內(nèi)的乙苯的反應(yīng)速率υ（乙苯）=$\frac{（2mol-0.4mol）÷10L}{5min}$=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，則化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.16×0.16}{0.04×0.04}$=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：0.32mol•L^-1•mim^-1；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；該反應(yīng)正方向放熱，升高溫度使平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大；
（3）根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知，平衡常數(shù)等于生成物氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之積除以反應(yīng)物氣體物質(zhì)的量分?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：$\frac{λ（氫氣）•λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$；
（4）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，恒壓條件下加入水蒸氣，體積增大，使反應(yīng)體系減壓，平衡正向移動(dòng)使乙苯的轉(zhuǎn)化率增大；
故答案為：恒壓條件下加入水蒸氣，體積增大，使反應(yīng)體系減壓，平衡正向移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及化學(xué)平衡的相關(guān)原理以及有關(guān)計(jì)算，熟悉影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素和對(duì)圖象的認(rèn)識(shí)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．