Question

乙烯是重要的有机化工原料，可由乙醇脱水制备。涉及反应如下：

①2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+ H₂O(g) △H₁=—23.9 kJ•mol^-1

②2CH₃OH(g)C₂H₄(g)+2H₂O(g)   △H₂= —29.1kJ•mol^-1

③CH₃CH₂OH(g)CH₃OCH₃(g)   △H₃= +50.7kJ•mol^-1

④C₂H₅OH(g)C₂H₄(g)+ H₂O(g)    △H₄=akJ•mol^-1

回答下列问题：

(1)a=___________。

(2)在1.0L密闭容器中放入0.10 mol C₂H₅OH(g)，在一定温度下进行④反应，反应时间(t)与容器内气体总压强(P)的数据见下表：

时间t/h	0	1	2	4	8	16	20	25	30
总压强P/100kPa	4.91	5.58	6.32	7.31	8.54	9.50	9.52	9.53	9.53

①欲提高C₂H₅OH的平衡转化率，应采取的措施为___________(填字母)。

a.升高温度    b.增大压强

c.通入乙醇    d.降低压强

②由总压强P和起始压强P₀计算反应物C₂H₅OH的转化率(C₂H₅OH)的表达式为_________，平衡时C₂H₅OH的转化率为_______(结果保留两位有效数字，下同)，该反应的平衡常数K=_________。

③用总压强P和起始压强P₀表示反应体系的总物质的量n(总)和反应物C₂H₅OH的物 质的量n(C₂H₅OH)，n(总)=_____mol，n(C₂H₅OH)=_____mol。

(3)下表为反应④中反应物浓度与反应时间的数据，分析该反应中c(C₂H₅OH)变化与时间间隔(△t)的规律，得出的结论是______，由此规律推出反应在12h时c(C₂H₅OH)等于______mol•L^-1

反应时间t/h	0	4	8	16
c(C2H5OH)/(mol•L^-1)	0.10	0.051	0.026	0.0065

Answer

+45.5 ad ×100% 94% 1.5 0.1×（2-） 达到平衡前每间隔4h，c（C2H5OH）减少约一半 0.013

【解析】

(1)利用盖斯定律构造目标热化学方程式求焓变；

(2)反应是吸热反应，反应前后气体体积增大，结合平衡移动原理分析判断转化率；

(3)相同条件下压强之比等于物质的量之比，反应前后物质的量的增大是反应的C2H5OH的物质的量，结合转化率概念计算得到；依据化学平衡三段式列式计算平衡常数；

(4)依据平衡C2H5OH的浓度计算，依据图表数据分析判断存在的规律。

(1)①2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H1=-23.9kJ•mol-1，②2CH3OH(g)═C2H4(g)+2H2O(g) △H2=-29.1kJ•mol-1，③C2H5OH(g)═CH3OCH3(g) △H3=+50.7kJ•mol-1，根据盖斯定律①-②-③可得：C2H4(g)+H2O(g)═C2H5OH(g) △H=(-23.9+29.1-50.7)kJ/mol =-45.5kJ/mol，则C2H5OH(g)C2H4(g)+ H2O(g) △H4=+45.5kJ•mol-1，故答案为+45.5；

(2)①在一定温度进行如下反应：C2H5OH(g)C2H4(g)+ H2O(g)△H4=+45.5kJ•mol-1，反应是吸热反应，反应后气体体积增大，根据平衡移动原理分析可知，欲提高乙醇的平衡转化率，平衡需要正向移动，可以升温或减压，故答案为ad；

②反应后气体物质的量增大量等于反应的乙醇的量，所以由总压强P和起始压强P0计算反应物乙醇的转化率α(C2H5OH)的表达式=×100%；平衡时C2H5OH的转化率=×100%=94.1%；

C2H5OH(g) C2H4(g) + H2O(g)

起始量(mol/L) 0.10 0 0

变化量(mol/L) 0.10×94.1% 0.10×94.1% 0.10×94.1%

平衡量(mol/L)0.10(1-94.1%) 0.10×94.1% 0.10×94.1%

K===1.5mol/L，故答案为×100%；94.1%；1.5mol/L；

(3)①由总压强P和起始压强P0表示反应体系的总物质的量n总和反应物C2H5OH的物质的量n(C2H5OH)，依据压强之比等于物质的量之比，n总∶n起始=P∶P0 ，n总=；

C2H5OH(g)C2H4(g)+ H2O(g)

起始量(mol) 0.10 0 0

变化量(mol) x x x

某时刻量(mol)0.10-x x x

(0.10+x)∶0.10=P∶P0，解得：x=，因此n(C2H5OH)=0.10-=0.10×(2-)mol，故答案为；0.10×(2-)；

(3)分析数据特征可知，每隔4h，C2H5OH的浓度减小一半，由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(C2H5OH)==0.013mol/L，故答案为达到平衡前每间隔4h，c(C2H5OH)减少约一半；0.013。