Question

3．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α-氯乙基苯的反应如下：
CH₂CH₃（g）+Cl₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CHCl-CH₃（g）+HCl（g）△H＞0
T℃时，向一恒压密闭容器中充入等物质的量的乙苯气体和氯气发生上述反应（已排除其他反应干扰），测得乙苯摩尔分数随时间变化如下表所示：

时间/（min）	0	2	5	6	9	10
χ（乙苯）	0.5	0.25	0.1	0.1	0.05	0.05

（1）若初始投入乙苯为2mol，恒压容器容积10L，用氯气表示该反应0～5分钟内的速率υ（Cl₂）=0.032mol/（L•min）．T℃时，计算该反应的化学平衡常数K=16．6分钟时，仅改变一种条件破坏了平衡，则改变的外界条件为升高温度．
（2）图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为b（填曲线标记字母），其判断理由是正反应为吸热反应，其他条件不变，温度升高K变大．

（3）乙苯的平衡转化率α（乙苯）随反应物投料比和温度的关系如图2所示，图2中的温度由大到小为T₃＞T₂＞T₁，其判断理由是正反应为吸热反应，其他条件不变，温度升高，平衡正向移动，乙苯转化率增加．
（二）催化脱氢生产苯乙烯的反应如下：
CH₂CH₃（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH=CH₂（g）+H₂（g）△H=+124kJ/mol
（4）气相反应的化学平衡常数有多种表示方法，可用各气体摩尔分数代替浓度项表示平衡常数，写出上述反应的平衡常数表达式K_χ=$\frac{λ（氢气）λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$．（用符号χ表示气体摩尔分数）．
（5）工业上，在恒压条件下进行上述反应时，将乙苯与水蒸气的混合气体通入反应器中（已知水蒸气不参与反应），加入水蒸气可以使乙苯的转化率增大，用化学平衡理论解释乙苯转化率增加的原因恒压条件，加水蒸气体积增大，相当于减压，平衡向气体分子数增大的方向移动，即正向移动，乙苯转化率增加．

Answer 1

分析 （一）（1）根据v=$\frac{△c}{t}$计算出0～5分钟内的苯的反应速率，利用速率之比等于反应中计量数之比可得到氯气的反应速率，根据表中的数据可知，在5分钟后，乙苯的摩尔分数不变为0.1，即反应达到平衡状态，该反应的总物质的量不变，据此可求得平衡时各物质的浓度，根据K=$\frac{c（α-氯乙基苯）c（HCl）}{c（乙苯）c（Cl2）}$计算平衡常数，6分钟时，乙苯的摩尔分数变小，说明平衡正向移动，据此分析；
（2）该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，据此判断；
（3）根据图，当反应物投料比不变时，升高温度，平衡正向移动，乙苯的摩尔分数减小，据此判断；
（二）（4）根据平衡常数的定义可知，平衡常数等于生成物气体摩尔分数之积除以反应物气体摩尔分数之积；
（5）在恒压条件下进行上述反应时，加入水蒸气，容器的体积增大，水不参加反应，相当于对原混合体系进行减压，据此答题．

解答 解：（一）（1）若初始投入乙苯为2mol，则氯气也为2mol，该反应的总物质的量不变，所以平衡时乙苯的物质的量为4mol×0.1=0.4mol，根据v=$\frac{△c}{t}$可知，0～5分钟内的乙苯的反应速率=$\frac{\frac{2mol-0.4mol}{10L}}{5min}$=0.032mol/（L•min），根据反应方程式可知，乙苯的系数与氯气的系数之比为1：1，利用速率之比等于反应中计量数之比可知氯气的反应速率为0.032mol/（L•min），此时c（乙苯）=0.04mol/L，c（Cl₂）=0.04mol/L，c（α-氯乙基苯）=0.16mol/L，c（HCl）=0.16mol/L，根据K=$\frac{c（α-氯乙基苯）c（HCl）}{c（乙苯）c（Cl2）}$可知，K=$\frac{0.1{6}^{2}}{0.0{4}^{2}}$=16，6分钟时，乙苯的摩尔分数变小，说明平衡正向移动，而该 反应为吸热反应，所以应为升高温度，
故答案为：0.032mol/（L•min）；16； 升高温度；
（2）该反应的正反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，故选b线，
故答案为：b；正反应为吸热反应，其他条件不变，温度升高K变大；
（3）根据图，当反应物投料比不变时，升高温度，平衡正向移动，乙苯的摩尔分数减小，所以T₃＞T₂＞T₁，
故答案为：T₃＞T₂＞T₁；正反应为吸热反应，其他条件不变，温度升高，平衡正向移动，乙苯转化率增加；
（二）（4）根据平衡常数的定义可知，平衡常数等于生成物气体摩尔分数之积除以反应物气体摩尔分数之积，所以平衡常数表达式K_χ=$\frac{λ（氢气）λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$，
故答案为：$\frac{λ（氢气）λ（苯乙烯）}{λ（乙苯）}$；
（5）在恒压条件下进行上述反应时，加入水蒸气，容器的体积增大，水不参加反应，相当于对原混合体系进行减压，平衡向气体分子数增大的方向移动，即正向移动，乙苯转化率增加，
故答案为：恒压条件，加水蒸气体积增大，相当于减压，平衡向气体分子数增大的方向移动，即正向移动，乙苯转化率增加．

点评 本题涉及化学平衡移动的影响因素和化学反应速率的有关计算，解题时注意准确理解化学平衡的图象、正确理解平衡移动的影响因素，题目难度中等．