Question

11．乙烷催化脫氫制取乙烯反應(yīng)：CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g）．
（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為$\frac{c（{H}_{2}）c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{3}）}$
（2）下列描述中能說明一定溫度下上述反應(yīng)在恆容容器中已達平衡的是bd．
a．單位時間內(nèi)生成Amol乙烯同時生成Amol氫氣
b．容器中各氣體的物質(zhì)的量不隨時間而變化
c．容器中氣體密度不隨時間而變化
d．容器中氣體壓強不隨時間而變化
（3）已知：

共價鍵	C-C	C=C	C-H	H-H
鍵能/KJ•mol-1	348	610	413	436

計算上述反應(yīng)的△H=+128KJ•mol^-1．
升高溫度，平衡常數(shù)K將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）對于上述反應(yīng)，圖1能（“能”或“不能”）表示生成物濃度與溫度的關(guān)系，理由是溫度越高，反應(yīng)速率越大，達平衡時間越短（或曲線斜率越大）；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高，達平衡時生成物濃度越大．圖2不能“能”或“不能”）表示反應(yīng)速率與壓強的關(guān)系，理由是該反應(yīng)是氣體體積增加的反應(yīng)，達平衡后再加壓，平衡向逆方向移動，V_逆＞V_正．

（5）一定溫度下，將n摩爾乙烷放入V升密閉容器中進行催化脫氫，維持容器體積不變，測得乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為a，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{a}^{2}n}{V（1-a）}$（用含n、V、a的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
（2）化學(xué)反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷；
（3）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能，由有機物的結(jié)構(gòu)可知，應(yīng)是CH₃CH₃中總鍵能與CH₂=CH₂、H₂總鍵能之差；
（4）圖1分析先拐先平溫度高，平衡正向進行，生成物濃度增大；圖2增大壓強反應(yīng)速率增大，平衡逆向進行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；
（5）平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$．

解答 解：（1）乙烷催化脫氫制取乙烯反應(yīng)：CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{3}）}$，
故答案為：$\frac{c（{H}_{2}）c（C{H}_{2}=C{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}C{H}_{3}）}$；
（2）CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），
a．單位時間內(nèi)生成Amol乙烯同時生成Amol氫氣，只能說明反應(yīng)正向進行，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．容器中各氣體的物質(zhì)的量不隨時間而變化，物質(zhì)濃度不變，說明正逆反應(yīng)速率相同，故b正確；
c．氣體質(zhì)量和密度不變，容器中氣體密度始終不隨時間而變化，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化，容器中氣體壓強不隨時間而變化，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（3）CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能=436KJ/mol+610KJ/mol+4×413KJ/mol-348KJ/mol-6×413KJ/mol=+128KJ/mol，反應(yīng)焓變大于0，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向進行，平衡常數(shù)增大，
故答案為：+128，增大；
（4）圖1分析先拐先平溫度高，平衡正向進行，生成物濃度增大，圖1能表示生成物濃度與溫度的關(guān)系，溫度越高，反應(yīng)速率越大，達平衡時間越短（或曲線斜率越大）；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高，達平衡時生成物濃度越大，圖2不能表示反應(yīng)速率與壓強的關(guān)系，該反應(yīng)是氣體體積增加的反應(yīng)，達平衡后再加壓，平衡向逆方向移動，V_逆＞V_正；增大壓強反應(yīng)速率增大，平衡逆向進行，圖2中正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率錯誤，
故答案為：能，溫度越高，反應(yīng)速率越大，達平衡時間越短（或曲線斜率越大）；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高，達平衡時生成物濃度越大；不能，該反應(yīng)是氣體體積增加的反應(yīng)，達平衡后再加壓，平衡向逆方向移動，V_逆＞V_正；
（5）一定溫度下，將n摩爾乙烷放入V升密閉容器中進行催化脫氫，維持容器體積不變，測得乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為a，依據(jù)平衡三行列式計算，
               CH₃-CH₃（g）?CH₂=CH₂（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）  $\frac{n}{V}$          0            0
變化量（mol/L）  $\frac{n}{V}$a        $\frac{n}{V}$a           $\frac{n}{V}$a  
平衡量（mol/L） $\frac{n}{V}$（1-a）     $\frac{n}{V}$a            $\frac{n}{V}$a 
則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{n}{V}a×\frac{n}{V}a}{\frac{n}{V}（1-a）}$=$\frac{{a}^{2}n}{V（1-a）}$，
故答案為：$\frac{{a}^{2}n}{V（1-a）}$．

點評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)計算、圖象分析應(yīng)用，掌握平衡移動原理和反應(yīng)特征是解題關(guān)鍵，題目難度中等．