人教版高中化学(三)化学反应原理.docx

(三)化学反应原理
1．环己烷和苯均是重要的化工原料，对环己烷—苯系统的研究既有生产实际价值，也具有理论意义。回答下列问题。
(1)环己烷脱氢生苯的热效应研究
①已知下列物质的燃烧热数据如下：
物质
C(s，石墨)
H2(g)
(g)
(g)
ΔH/ (kJ·mol－1)
－393.5
－285.6
－3 264
－3 920
则计算脱氢反应：(g，环己烷)(g)＋3H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
②利用下列表格中的键能数据计算上述脱氢反应的ΔH时，计算值与实测值差异较大。试从分子结构的角度解释原因：__________________________________。
化学键
C—H
C—C
C==C
H—H
键能/(kJ·mol－1)
412
348
612
436
(2)脱氢生苯的平衡研究
将适量环己烷蒸气置于恒压密闭容器中，掺混水蒸气。在不同反应温度下，测得环己烷的平衡转化率如图实线所示：
①掺入水蒸气能提高环己烷的平衡转化率，解释说明该事实的原因：________________。
②要提高气态原料的平衡转化率，还可采取的措施是____________(写一条)。
(3)脱氢生苯的动力学研究
①一定条件下测得在2 L恒容容器中单纯进行脱氢反应的n(H2)如下：
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(H2)/×10－3 mol
0
1.6
3.5
5.2
7.0
计算2.0～8.0 min内，v(苯)＝________ mol·min－1(结果保留两位有效数字)；
②在催化剂作用下，产物苯的选择性(指各种可能的有机产物中苯的体积分数)如图中虚线所示。据此判断此时选择最佳温度为__________(填字母)左右。
A．450 ℃ B．550 ℃
C．650 ℃ D．800 ℃
③在温度较高时，随温度升高环己烷的转化率升高，但苯的选择性降低，可能原因是_____________________________________________________________________________。
(4)一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢。阴极气体产物除环己烷和H2外，无其他有机产物。阴极上苯生成环己烷的电极反应式为______________________；阴极产生H2的物质的量为________ mol。
答案　(1)①＋200.8　②苯环上的碳碳键并不是单键和双键交替出现，而是介于单键与双键之间一种独特的键　(2)①在恒压密闭容器中，掺入水蒸气，容器的体积增大，对于反应(g，环己烷)(g)＋3H2(g)，体系中的分压减小，压强减小上述平衡正向移动　②适当升高温度　(3)①3.0×10－4　②C　③温度越高，副反应越多，导致转化为其他有机产物的量增大，即生成的苯变少　(4)(g)＋6H＋＋6e－===(g)　2
解析　(1)①由题表数据可得热化学方程式：Ⅰ：(g，环己烷)＋9O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)　ΔH1＝－3 920 kJ·mol－1，Ⅱ：(g)＋O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH2＝－3 264 kJ·mol－1，Ⅲ：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH3＝－285.6 kJ·mol－1，根据盖斯定律Ⅰ－Ⅱ－3×Ⅲ得目标反应：
(g，环己烷)(g)＋3H2(g)，ΔH＝ΔH1－ΔH2－3ΔH3＝－3 920 kJ·mol－1－
(－3 264 kJ·mol－1)－3×(－285.6 kJ·mol－1)＝＋200.8 kJ·mol－1。②由于苯环上的碳碳键并不是单键和双键交替出现，而是介于单键与双键之间一种独特的键，所以其键能也与之有较大差异，故利用表格中的键能数据计算脱氢反应的ΔH时，计算值与实测值差异较大。(3)①由题表数据可知，2.0～8.0 min内H2的物质的量改变量为(7.0－1.6)×10－3 mol＝5.4×10－3 mol，根据反应的化学方程式可知，相同时间内苯的物质的量增加×5.4×10－3 mol＝1.8×10－3 mol，则v(苯)＝＝＝3.0×10－4 mol·min－1。②由题图可知，温度越低，苯的选择性越高，但环己烷的转化率越低，温度在650 ℃时，苯的选择性和环己烷的转化率均较高，则据此判断此时选择最佳温度为650 ℃左右。③在温度较高时，随温度升高环己烷的转化率升高，但温度越高，副反应越多，导致转化为其他有机产物的量增大，即生成的苯变少，导致苯的选择性降低。(4)阴极气体产物除环己烷和H2外，无其