Question

【題目】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)鍵的鍵能如下表所示：

化學(xué)鍵	C-H	C-C	C=C	H-H
鍵能/ KJ/mol	412	348	X	436

根據(jù)反應(yīng)I的能量變化，計(jì)算X=_________。

（2）工業(yè)上，在恒壓設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)I時(shí)，常在乙苯蒸氣中通入一定量的水蒸氣。請(qǐng)用化學(xué)平衡理論解釋通入水蒸氣的原因：_________。

（3）已知吉布斯自由能△G=△H-T△S ,當(dāng)△G < 0時(shí)反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。由此判斷反應(yīng)I在_________（填“高溫”或“低溫”）更易自發(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°C時(shí)，向10 L恒容密閉容器中充入2mol乙苯(g)和2 mol Cl2(g)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,乙苯（或Cl2)、 α-氯乙基苯（或HCl)的物質(zhì)的量濃度（c）隨時(shí)間（t）變化的曲線如圖所示：

①0—2 min內(nèi)，以HCl表示的該反應(yīng)速率v(HCI)=_________。

②6 min時(shí)，改變的外界條件為_________，該條件下的平衡常數(shù)K的數(shù)值=_________。

③10 min時(shí)，保持其他條件不變，再向容器中充入1 mol乙苯、1 mol Cl2、1 molα-氯乙基苯和1mol HCl,則此時(shí)該反應(yīng)v正_________v逆(填“＞”、“＜”或“=” );若12 min時(shí)反應(yīng)再次達(dá)到平衡，則在0-12 min內(nèi)，Cl2的轉(zhuǎn)化率α=_________。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

【答案】 612 該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w分子數(shù)增大的反應(yīng)，通入水蒸氣需增大容器容積，減小體系壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 高溫 0.05 molL-1min -1 升高溫度 81 V正>V逆 86.7%

【解析】（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）kJmol-1=124kJmol-1，解得X=612kJ/mol；（2）降低壓強(qiáng)，平衡向體積增大的方向移動(dòng)，制備苯乙烯的正反應(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(dòng)，提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率；（3）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行需要滿足，△H-T△S＜0，依據(jù)題干條件可知，制備苯乙烯的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，△S＞0，正反應(yīng)吸熱，△H=+124kJ/mol＞0，所以反應(yīng)一定是在高溫條件下才能自發(fā)進(jìn)行；（4）①T℃時(shí)，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，2min時(shí)氯化氫的濃度是0.1mol/L，則用氯化氫表示的反應(yīng)速率是0.1mol/L÷2min＝0.05molL-1min -1；②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(shí)，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(dòng)，只能是升高溫度；該溫度下達(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） 1.8 1.8 1.8 1.8

平衡（mol） 0.2 0.2 1.8 1.8

反應(yīng)前后體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)為K=；③10min時(shí)，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，此時(shí)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(dòng)，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；設(shè)轉(zhuǎn)化的乙苯物質(zhì)的量濃度為x，則

起始（mol/L） 0.3 0.3 0.1 0.1

轉(zhuǎn)化（mol/L） x x x x

平衡（mol/L） 0.3-x 0.3-x 0.1+x 0.1+x

平衡常數(shù)為K=(0.1+x)×(0.1+x)/(0.3x)×(0.3x)=81，得x=0.26，所以氯氣的轉(zhuǎn)化率是。