Question

7．苯乙烷（C₈H₁₀）可生產塑料單體苯乙烯（C₈H₈），其反應原理是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，測定不同時間該容器內物質的量，得到數據如下表：

時間/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）當反應進行到20min時，該段時間內H₂的平均反應速率是0.0035mol/（L•min）．
（2）該溫度下，該反應的化學平衡常數是0.053．

化學鍵	C-H	C-C	C=C	H-H
鍵能/kJ•mol?1	412.5	348	612	436

（3）已知：
計算上述反應的△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），當有30kJ熱量放出時，該反應中H₂的轉化率是60%．此時，該反應是否達到了平衡狀態(tài)？是（填“是”或“否”）．
Ⅱ．工業(yè)上以高溫水蒸氣作為反應體系的稀釋劑（不參與反應），C₈H₁₀（g）的平衡轉化率與水蒸氣的用量、體系的溫度、壓強的關系如圖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，當其他條件不變時，水蒸氣的用量越大，C₈H₁₀的平衡轉化率將越大（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，相當于減小了原體系的壓強，平衡正向移動，轉化率增大．

Answer 1

分析 I．（1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算；
（2）30min到40min時，n（C₈H₈）不再變化，說明30min時反應達到平衡狀態(tài)，根據平衡常數計算公式計算，平衡常數等于生成物平衡濃度的冪次方乘積$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（3）反應焓變△H=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；根據$\frac{c（{C}_{8}{H}_{10}）}{c（{C}_{8}{H}_{8}）c（{H}_{2}）}$和平衡常數K比較大小，判斷平衡移動方向；
Ⅱ．（4）溫度升高，平衡向著吸熱的方向移動，依此進行判斷；
（5）根據分壓對平衡移動的影響分析．

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，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
化學平衡常數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），反應焓變△H=反應物鍵能總和-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，消耗的H₂量為0.24mol，所以氫氣轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.24mol}{0.4mol}$×100%=60%；
根據（2）知：平衡常數=0.053，則C₈H₈（g）+H₂（g）?C₈H₁₀（g）的平衡常數為$\frac{1}{0.053}$=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，反應達到平衡狀態(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，C₈H₁₀的轉化率增大，由圖I可知，壓強相同時，T₁時C₈H₁₀的轉化率大于T₂時C₈H₁₀的轉化率，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，相當于減小了原體系的壓強，平衡正向移動，轉化率增大；
故答案為：越大；水蒸氣的用量越大，容器的體積越大，相當于減小了原體系的壓強，平衡正向移動，轉化率增大．

點評 本題考查化學平衡及其相關計算，難度較大．本題易錯點為（2）和（4），要注意水蒸氣產生的分壓對化學平衡的影響以及注意平衡常數只與溫度有關．