Question

7．苯乙烷（C₈H₁₀）可生产塑料单体苯乙烯（C₈H₈），其反应原理是C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）△H＞0
Ⅰ．某温度下，将0.40mol苯乙烷，充入2L真空密闭容器中发生反应，测定不同时间该容器内物质的量，得到数据如下表：

时间/min	0	10	20	30	40
n（C8H10）/mol	0.40	0.30	0.26	n2[来源：]	n3
n（C8H8）/mol	0.00	0.10	n1	0.16	0.16

（1）当反应进行到20min时，该段时间内H₂的平均反应速率是0.0035mol/（L•min）．
（2）该温度下，该反应的化学平衡常数是0.053．

化学键	C-H	C-C	C=C	H-H
键能/kJ•mol?1	412.5	348	612	436

（3）已知：
计算上述反应的△H=125 kJ•mol^-1．若保持其他条件不变，用0.40mol H₂（g）和0.40mol C₈H₈（g）合成C₈H₁₀（g），当有30kJ热量放出时，该反应中H₂的转化率是60%．此时，该反应是否达到了平衡状态？是（填“是”或“否”）．
Ⅱ．工业上以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂（不参与反应），C₈H₁₀（g）的平衡转化率与水蒸气的用量、体系的温度、压强的关系如图Ⅰ、图Ⅱ所示．

（4）由图Ⅰ可知，T₁大于T₂（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）由图Ⅱ可知，当其他条件不变时，水蒸气的用量越大，C₈H₁₀的平衡转化率将越大（填“越大”、“越小”或“不变”），原因是水蒸气的用量越大，容器的体积越大，相当于减小了原体系的压强，平衡正向移动，转化率增大．

Answer 1

分析 I．（1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（2）30min到40min时，n（C₈H₈）不再变化，说明30min时反应达到平衡状态，根据平衡常数计算公式计算，平衡常数等于生成物平衡浓度的幂次方乘积$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（3）反应焓变△H=反应物键能总和-生成物键能总和，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；根据$\frac{c（{C}_{8}{H}_{10}）}{c（{C}_{8}{H}_{8}）c（{H}_{2}）}$和平衡常数K比较大小，判断平衡移动方向；
Ⅱ．（4）温度升高，平衡向着吸热的方向移动，依此进行判断；
（5）根据分压对平衡移动的影响分析．

解答 解：I．（1）将0.40mol苯乙烷，充入2L真空密闭容器中发生反应，20min后，剩余0.26mol，减少了0.14mol，
            C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）
起始（mol）   0.40        0        0
变化（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）
故答案为：0.0035mol/（L•min）；
（2）C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）
起始（mol/L） 0.20         0       0
变化（mol/L） 0.08        0.08     0.08
30min（mol/L） 0.12       0.08     0.08
化学平衡常数K=$\frac{c（{C}_{8}{H}_{8}）c（{H}_{2}）}{c（{C}_{8}{H}_{10}）}$=$\frac{0.08×0.08}{0.12}$=0.053；
故答案为：0.053；
（3）C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g），反应焓变△H=反应物键能总和-生成物键能总和=10×412.5+4×348+3×612-8×412.5-3×348-4×612-436=125KJ/mol，
根据C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）△H=125kJ•mol^-1，可知 C₈H₈（g）+H₂（g）?C₈H₁₀（g）△H=-125kJ•mol^-1，有30kJ热量放出时，消耗的H₂量为0.24mol，所以氢气转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.24mol}{0.4mol}$×100%=60%；
根据（2）知：平衡常数=0.053，则C₈H₈（g）+H₂（g）?C₈H₁₀（g）的平衡常数为$\frac{1}{0.053}$=18.75，
             C₈H₈（g）+H₂（g）?C₈H₁₀（g）
起始（mol/L） 0.2      0.2       0
变化（mol/L） 0.12    0.12     0.12
某时刻（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，反应达到平衡状态；
故答案为：125；60%；是；
Ⅱ．（4）C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）△H=125kJ•mol^-1，温度升高，平衡正向移动，C₈H₁₀的转化率增大，由图I可知，压强相同时，T₁时C₈H₁₀的转化率大于T₂时C₈H₁₀的转化率，故T₁大于T₂；
故答案为：大于；
（5）其他条件不变，水蒸气的用量越大，容器的体积越大，相当于减小了原体系的压强，平衡正向移动，转化率增大；
故答案为：越大；水蒸气的用量越大，容器的体积越大，相当于减小了原体系的压强，平衡正向移动，转化率增大．

点评 本题考查化学平衡及其相关计算，难度较大．本题易错点为（2）和（4），要注意水蒸气产生的分压对化学平衡的影响以及注意平衡常数只与温度有关．