Question

乙苯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。

(一）制备苯乙烯（原理如反应I所示）：

Ⅰ．   △H=+124kJ·mol^-1

（1）部分化学键的键能如下表所示：

化学键	C-H	C-C	C=C	H-H
键能/ KJ/mol	412	348	X	436

根据反应I的能量变化，计算X=_________。

（2）工业上，在恒压设备中进行反应I时，常在乙苯蒸气中通入一定量的水蒸气。请用化学平衡理论解释通入水蒸气的原因：_________。

（3）已知吉布斯自由能△G=△H-T△S ,当△G < 0时反应可自发进行。由此判断反应I在_________（填“高温”或“低温”）更易自发进行。

(二）制备α-氯乙基苯（原理如反应Ⅱ所示）：

Ⅱ．   △H₂＞0

（4）T°C时，向10 L恒容密闭容器中充入2mol乙苯(g)和2 mol Cl₂(g)发生反应Ⅱ,乙苯（或Cl₂)、 α-氯乙基苯（或HCl)的物质的量浓度（c）随时间（t）变化的曲线如图所示：

①0—2 min内，以HCl表示的该反应速率v(HCI)=_________。

②6 min时，改变的外界条件为_________，该条件下的平衡常数K的数值=_________。

③10 min时，保持其他条件不变，再向容器中充入1 mol乙苯、1 mol Cl₂、1 molα-氯乙基苯和1mol HCl,则此时该反应v_正_________v_逆(填“＞”、“＜”或“=” );若12 min时反应再次达到平衡，则在0-12 min内，Cl₂的转化率α=_________。(计算结果保留三位有效数字）

Answer

612 该反应正向为气体分子数增大的反应，通入水蒸气需增大容器容积，减小体系压强，平衡正向移动，增大反应物的转化率 高温 0.05 mol•L-1•min -1 升高温度 81 V正>V逆 86.7%

【解析】（1）反应热=反应物总键能-生成物总能键能，由有机物的结构可知，应是-CH2CH3中总键能与-CH=CH2、H2总键能之差，设C=C键能为X，则△H=（5×412+348-3×412-X-436）kJ•mol-1=124kJ•mol-1，解得X=612kJ/mol；（2）降低压强，平衡向体积增大的方向移动，制备苯乙烯的正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积应增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动，提高乙苯的平衡转化率；（3）反应自发进行需要满足，△H-T△S＜0，依据题干条件可知，制备苯乙烯的正反应为气体分子数增大的反应，△S＞0，正反应吸热，△H=+124kJ/mol＞0，所以反应一定是在高温条件下才能自发进行；（4）①T℃时，向10L恒容密闭容器中充人2mol乙苯（g）和2mol Cl2（g）发生反应Ⅱ，2min时氯化氢的浓度是0.1mol/L，则用氯化氢表示的反应速率是0.1mol/L÷2min＝0.05mol•L-1•min -1；②制备α-氯乙基苯的正反应为吸热反应，反应前后气体的体积不变，6min时，乙苯、Cl2的浓度在减小，而α-氯乙基苯和HCl的浓度在增加，反应向正反应方向移动，只能是升高温度；该温度下达到平衡，依据题干条件可知，c（HCl）=0.16mol/L，n（HCl）=1.6mol，

起始（mol） 2 2 0 0

转化（mol） 1.8 1.8 1.8 1.8

平衡（mol） 0.2 0.2 1.8 1.8

反应前后体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，则平衡常数为K=；③10min时，乙苯、Cl2、α-氯乙基苯和 HCl的物质的量浓度分别为：0.02mol/L、0.02mol/L、0.18mol/L、0.18mol/L，此时乙苯、Cl2、α-氯乙基苯和 HCl的物质的量浓度比为：1：1：9：9，保持其他条件不变，再向容器中充人1mol 乙苯、1mol Cl2、1mol α-氯乙基苯和l mol HCl，相当于增加反应物的浓度，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率；设转化的乙苯物质的量浓度为x，则

起始（mol/L） 0.3 0.3 0.1 0.1

转化（mol/L） x x x x

平衡（mol/L） 0.3-x 0.3-x 0.1+x 0.1+x

平衡常数为K=(0.1+x)×(0.1+x)/(0.3−x)×(0.3−x)=81，得x=0.26，所以氯气的转化率是。

点睛：本题考查了反应热的计算、化学平衡理论，明确应热=反应物总键能-生成物总能键能，熟悉影响化学平衡移动的因素是解题关键。难点是平衡常数计算和应用，注意判断正逆反应速率大小时也可以依据浓度熵和平衡常数的相对大小解答。