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4.苯硫酚(PhSH)是一种用途广泛的有机合成中间体.工业上用常用氯苯(PhCl)和硫化氢(H2S)在高温下反应来制备苯硫酚,但会有副产物苯(PhH)生成.
I:PhCl(g)+H2S(g)?PhSH(g)+HCl(g)△H1=-16.8kJ•mol-1
II:PhCl(g)+H2S(g)═PhH(g)+HCl(g)+$\frac{1}{8}$S8(g)△H2
回答下列问题:
(1)反应 I为可逆反应,写出平衡常数的表达式K=$\frac{c(PhSH)×c(HCl)}{c(PhCl)×c({H}_{2}S)}$,反应 II为不可逆反应,△H2=<0.(填写“>”,“<”,“=”)
(2)上述两个反应的能量变化如图一所示,则在某温度时反应速度v( I)> v( II).(填写“>”,“<”,“=”)

(3)现将一定量的氯苯和硫化氢置于一固定容积的容器中模拟工业生产过程,在不同温度下均反应20分钟测定生成物的浓度,得到图二和图三.
①请解释图二中两条曲线的变化开始时,反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ速率,所以生成苯硫酚浓度大于苯;反应Ⅰ达到平衡后,温度升高,平衡逆向移动,所以生成物苯硫酚浓度减小;反应Ⅱ是不可逆反应,温度升高反应速率加快,生成的苯浓度增加,消耗了反应物,进一步导致反应Ⅰ逆向移动.
②若要提高主产物苯硫酚的产量,可采取的措施是R=2.5,温度控制在590K.
(4)请根据图二、图三,画出恒温恒容条件下反应主产物苯硫酚的物质的量随时间变化的曲线图.

分析 (1)化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比;由图1可知,Ⅱ中反应物总能量高于生成物总能量,反应Ⅱ为放热反应;
(2)活化能越高,反应速率应越慢;
(3)①开始时,反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ速率,所以生成苯硫酚浓度大于苯;反应Ⅰ达到平衡后,温度升高,平衡逆向移动,所以生成物苯硫酚浓度减小;反应Ⅱ是不可逆反应,温度升高反应速率加快,生成的苯浓度增加,消耗了反应物,进一步导致反应Ⅰ逆向移动;
②由图三可知,R=2.5时PhSH浓度最大,由图二可知,温度590K时PhSH浓度最大;
(4)恒温恒容条件下,苯硫酚的物质的量随反应进行浓度增大,到达平衡后浓度最大,而平衡后苯浓度增加,消耗了反应物,导致反应Ⅰ逆向移动,苯硫酚的物质的量减小.

解答 解:(1)化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比,反应Ⅰ的平衡常数的表达式K=$\frac{c(PhSH)×c(HCl)}{c(PhCl)×c({H}_{2}S)}$;由图1可知,Ⅱ中反应物总能量高于生成物总能量,反应Ⅱ为放热反应,故△H<0,
故答案为:$\frac{c(PhSH)×c(HCl)}{c(PhCl)×c({H}_{2}S)}$;<;
(2)活化能Ⅱ>I,活化能越高,单位体积内活化分子数目越小,反应速率应越慢,故反应速率v(Ⅰ)>v(Ⅱ),
故答案为:>;
(3)①开始时,反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ速率,所以生成苯硫酚浓度大于苯;反应Ⅰ达到平衡后,温度升高,平衡逆向移动,所以生成物苯硫酚浓度减小;反应Ⅱ是不可逆反应,温度升高反应速率加快,生成的苯浓度增加,消耗了反应物,进一步导致反应Ⅰ逆向移动,PhSH的浓度又降低,
故答案为:开始时,反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ速率,所以生成苯硫酚浓度大于苯;反应Ⅰ达到平衡后,温度升高,平衡逆向移动,所以生成物苯硫酚浓度减小;反应Ⅱ是不可逆反应,温度升高反应速率加快,生成的苯浓度增加,消耗了反应物,进一步导致反应Ⅰ逆向移动;
②由图三可知,R=2.5时PhSH浓度最大,由图二可知,温度590K时PhSH浓度最大,故采取措施为:,
故答案为:R=2.5,温度控制在590K;
(4)恒温恒容条件下,苯硫酚的物质的量随反应进行浓度增大,到达平衡后浓度大最大,而平衡后苯浓度增加,消耗了反应物,导致反应Ⅰ逆向移动,苯硫酚的物质的量减小,苯硫酚的物质的量随时间变化的曲线图为:
故答案为:

点评 本题考查化学反应速率及化学平衡图象综合应用、平衡常数、化学反应能量变化等,是对学生综合能力的考查,难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.下列实验现象的描述正确的是(  )
A.氢气在氯气中燃烧,发出苍白色火焰,瓶口上方有白色烟雾
B.铜在氯气中燃烧,产生棕黄色烟,产物溶于水,溶液呈蓝绿色
C.铁丝在氯气中燃烧,产生红色的浓烟,产物溶于水,溶液呈浅绿色
D.钠在空气中燃烧,发出黄色的火焰,生成白色固体

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

15.实验室里用下列药品和仪器来制取纯净的无水氯化铜:
序号
仪器及装置图
图中A、B、C、D、E、F的虚线部分表示玻璃管接口,接口的弯曲和伸长等部分未画出.根据要求填写下列各小题空白.
(1)如果所制得气体从左向右流向时,上述各仪器装置的正确连接顺序是(填各装置的序号)
③接⑤接④接②接①接⑥;其中,②与④装置相连时,玻璃管接口(用装置中字母表示)应是接C.
(2)装置⑥中发生反应的离子方程式是Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O.
(3)实验开始时,应首先检验装置的气密性;实验结束时,应先熄灭①处的酒精灯.
(4)在装置⑤的烧瓶中,发生反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2+2H2O
(5)待充分反应后,装置①的玻璃管中呈棕黄色.冷却后,将制得的产物配成溶液,溶液呈绿(或蓝绿)色.
(6)若反应中有71gCl2生成,则被氧化的HCl的物质的量为2mol,转移电子数为2NA

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12.草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水;草酸晶体(H2C2O4•2H2O)无色,熔点为101℃,易溶于水,受热脱水、升华,170℃以上分解.回答下列问题:
(1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物.装置C中可观察到的现象是有气泡冒出,澄清石灰水变浑浊,由此可知草酸晶体分解的产物中有CO2.装置B的主要作用是冷凝(水蒸气和草酸),防止草酸进入装置C反应生成沉淀而干扰CO2的检验.
(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和如图所示的部分装置进行实验.
①乙组的实验装置中,依次连接的合理顺序为A→B→F→D→G→H→D→I.装置H反应管中盛有的物质是CuO;I中集气瓶收集到的气体主要是CO.
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是H中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊.
(3)丙组同学欲进一步证明产物CO能否与Na2O2反应.从A~J中选用装置进行实验,最简单的装置接口连接顺序是:A→B→F→J(盛Na2O2的干燥管);实验后用J中的固体进行验证的方法是:取丁中的固体,滴加足量稀硫酸,将生成的气体通入澄清石灰水,若石灰水变浑浊,则发生了反应;否则,未发生反应(可另选试剂).

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19.为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如图简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(含Fe2O3.SiO2.Al2O3等)转变成重要的工业原料FeSO4(反应条件略)

活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2(SO43+8H2O═15FeSO4+8H2SO4,不考虑其它反应,请回答下列问题:
(1)第1步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O.
(2)检验第II步中Fe3+是否完全还原,应选择C(填字母编号).
A.KMnO4溶液      B.K3[Fe(CN)6]溶液     C.KSCN溶液
(3)第III步加FeCO3调溶液pH=6时,利用相关数据计算,判断Al3+是否沉淀完全?是(填“是”或“否”)(已知Ksp Al(OH)3=1.9×10-33,当离子浓度小于1×10-5mol•L-1时,可认为沉淀完全)
(4)FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料.
已知25℃,101kPa时:4Fe(s)+3O2(g)═2Fe2O3(s)△H=-1648kJ/mol
C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-393kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)═2FeCO3(s)△H=-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol.
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料,该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2═Fe+2Li2S,正极反应式是FeS2+4e-=Fe+2S2-

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.常温下设a代表Ba(OH)2,b代表NaOH溶液,c代表NH3•H2O溶液.下列说法正确的是(  )
A.同物质的量浓度的三种溶液的pH:a>b>c
B.同pH时,三种溶液稀释相同倍数后,pH:a>b<c
C.同pH、同体积的三种溶液消耗同浓度盐酸 的体积:a=b=c
D.同pH时,稀释不同倍数、pH仍相同,三种溶液稀释的倍数:a>b>c

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l);△H=-890.3kJ/mol,等质量的氢气和甲烷分别燃烧后,放出的热量之比约为(  )
A.1:3.4B.1:1.7C.2.6:1D.4.6:1

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13.分子式与苯丙氨酸()相同,且同时符合下列两个条件:①苯环上带有两个取代基,②有一个硝基直接连在苯环上,则符合此条件的同分异构体数目是(  )
A.3B.5C.6D.10

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14.设NA为阿伏加德罗常数的值.下列说法正确的是(  )
A.0.1 mol Cl2参加反应,转移的电子数目一定为0.2NA
B.1.4g聚乙烯中含C-H数目为0.2NA
C.标准状况下,5.6L甲醇中含有的分子数目为0.2NA
D.常温下,pH=13的NaOH溶液中含OH-的数目为0.1NAA

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