Question

苯乙烯是重要的基礎有機原料。工業中用乙苯（C₆ H₅- CH₂ CH₃）為原料，采用催化脫氫的方法制取苯乙烯（C₆ H₅- CH= CH₂）的反應方程式為：
C₆ H₅- CH₂ CH₃ (g)C₆ H₅- CH=CH₂ (g) +H₂(g)    ΔH₁
(1)向體積為VL的密閉容器中充入a mol乙苯，反應達到平衡狀態時，平衡體系組成（物質的量分數）與溫度的關系如圖所示：

由圖可知：在600℃時，平衡體系中苯乙烯的物質的量分數為25%，則：
① 氫氣的物質的量分數為          ；乙苯的物質的量分數為          ；
② 乙苯的平衡轉化率為          ；
③ 計算此溫度下該反應的平衡常數（請寫出計算過程）。
（2） 分析上述平衡體系組成與溫度的關系圖可知：△H₁     0（填“＞、=或＜” ­)。
（3）已知某溫度下，當壓強為101.3kPa時，該反應中乙苯的平衡轉化率為30%；在相同溫度下，若反應體系中加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則乙苯的平衡轉化率     30%（填“＞、=、＜” ­)。
（4）已知：
3C₂ H₂ (g) C₆ H₆ (g)  ΔH₂
C₆ H₆ (g)  + C₂H₄ (g)  C₆ H₅- CH₂CH₃ (g)      ΔH₃
則反應3C₂H₂ (g)+ C₂H₄ (g)  C₆ H₅- CH=CH₂ (g) +H₂(g) 的ΔH=            。

Answer 1

（1）①25% ；  50%   （共4分，各2分）  ②33%     （2分）
③（共4分）    C₆ H₅- CH₂ CH₃ (g)  C₆ H₅- CH=CH₂ (g) +  H₂(g)
起始濃度/( mol?L^-1) ：   a/V                   0              0
變化濃度/( mol?L^-1) ：   a/3V                  a/3V           a/3V
平衡濃度/( mol?L^-1) ：   2a/3V                 a/3V           a/3V（2分）
K =（ a/3V? a/3V）/ （2a/3V） = a/6V                             （2分）
（2）>    （2分）   ；
（3）>   （2分） ；
（4）ΔH₁+ΔH₂+ΔH₃     （2分）

解析試題分析：（1）①從圖中可判斷乙苯的物質的量分數是50%，設消耗乙苯xmol,則生成苯乙烯和氫氣各xmol,所以余(a-x)mol乙苯，則(a-x)mol/(a-x)mol+2xmol=0.5，解得x=1/3amol,所以氫氣的物質的量分數是1/3a/(a+1/3a)×100%=25%;
②乙苯的平衡轉化率為1/3a÷a×100%=33%;
③平衡常數大等于平衡時生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，首先計算三種物質的平衡濃度，由①分析得平衡時乙苯的物質的量是a-1/3a=2/3a,苯乙烯、氫氣的物質的量都是1/3a,容器體積為VL，所以K=（ a/3V? a/3V）/ （2a/3V） = a/6V，計算過程如下（三段式法）
C₆ H₅- CH₂ CH₃ (g)  C₆ H₅- CH=CH₂ (g) +  H₂(g)
起始濃度/( mol?L^-1) ：   a/V                   0              0
變化濃度/( mol?L^-1) ：   a/3V                  a/3V           a/3V
平衡濃度/( mol?L^-1) ：   2a/3V                 a/3V           a/3V
K =（ a/3V? a/3V）/ （2a/3V） = a/6V                             
（2）楊浦圖判斷，溫度升高乙苯的物質的量分數減小，說明升溫平衡正向移動，所以正向是吸熱反應△H₁>0；
（3）溫度不變，加入稀釋劑水蒸氣并保持體系總壓為101.3kPa，則容器體積增大，相當于給反應體系降低壓強，平衡正向移動，所以再次平衡時乙苯的轉化率>30%;
（4）根據蓋斯定律，將已知三個熱化學方程式相加即得所求方程式，則所求熱效應也等于三式的熱效應相加，所以ΔH=ΔH₁+ΔH₂+ΔH_3。
考點：考查對圖像的分析，混合體系中組分的物質的量分數的計算、轉化率的計算，平衡的移動的判斷，蓋斯定律的應用