题目
聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。回答下列问题：Ⅰ.苯乙烯的制备(1)工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯，其原理如下：反应甲：C_(6)H_(5)-CH_(2)CH_(3)(g)leftharpoons C_(6)H_(5)-CH=CH_(2)(g)+H_(2)(g) Delta H_(1)近期科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图1所示（吸附在催化剂表面的物质用*标注)：2 C6H5-CH=C H2(g)+H2(g)-|||-1.35-|||-1 过渡态2-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)(g) 过渡态1 0.40 1.56eV-|||-要 0 -0.15 不 -0.21-|||-1.49eV-|||-0.94eV 0.73 _(6)(H)_(5)-CHC(H)_(2)+2(H)^+-|||--1 1.09. C6H5-CH2CH2× +H×-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)-|||-反应历程乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变Delta H_(1)______0(选填“大于”或“小于”或“等于”)，该反应历程的决速步骤反应方程式为______。(2)乙苯脱氢是合成苯乙烯的关键步骤。某温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入0.10molC_(6)H_(5)CH_(2)CH_(3)(g)，测得乙苯脱氢反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：时间t/h0124816202530总压强p/100kPa4.915.586.327.318.549.509.529.539.53计算该温度下的平衡常数K=______(结果保留至小数点后两位)。(3)在913K、100kPa下，以水蒸气作稀释气。Fe_(2)O_(3)作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：反应乙：C_(6)H_(5)C_(2)H_(5)(g)leftharpoons C_(6)H_(6)(g)+CH_(2)=CH_(2)(g)反应丙：C_(6)H_(5)C_(2)H_(5)(g)+H_(2)(g)leftharpoons C_(6)H_(5)CH_(3)(g)+CH_(4)(g)以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S随乙苯转化率的变化曲线如图2所示，其中曲线b代表的产物是______,理由是______。(S=转化为目的产物所消耗乙苯的量times 100%)2 C6H5-CH=C H2(g)+H2(g)-|||-1.35-|||-1 过渡态2-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)(g) 过渡态1 0.40 1.56eV-|||-要 0 -0.15 不 -0.21-|||-1.49eV-|||-0.94eV 0.73 _(6)(H)_(5)-CHC(H)_(2)+2(H)^+-|||--1 1.09. C6H5-CH2CH2× +H×-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)-|||-反应历程(4)实验测得，乙苯脱氢反应的速率方程为v_(正)=k_(正)p_(乙苯)，v_(逆)=k_(逆)p_(苯乙烯)p_(氢气)(k_(正)、k_(逆)为速率(1)/(T)常数，只与温度有关），图3中③代表lg k_(逆)随(1)/(T)的变化关系，则能代表lg k_(正)随(1)/(T)的变化关系的是______。2 C6H5-CH=C H2(g)+H2(g)-|||-1.35-|||-1 过渡态2-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)(g) 过渡态1 0.40 1.56eV-|||-要 0 -0.15 不 -0.21-|||-1.49eV-|||-0.94eV 0.73 _(6)(H)_(5)-CHC(H)_(2)+2(H)^+-|||--1 1.09. C6H5-CH2CH2× +H×-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)-|||-反应历程Ⅱ.苯乙烯的聚合(5)苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某Cu(I)的配合物促进，CuCl是合成该Cu(I)的配合物的关键物质。在CuCl的晶胞中，Cl^-的位置如图4所示。Cu^+填充于Cl^-构成的四面体空隙中，则Cu^+的配位数为______；若N_(A)为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为rho gcdot cm^-3，则该晶胞中Cu^+之间的距离为______nm(用含rho 、N_(A)的代数式表示）。2 C6H5-CH=C H2(g)+H2(g)-|||-1.35-|||-1 过渡态2-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)(g) 过渡态1 0.40 1.56eV-|||-要 0 -0.15 不 -0.21-|||-1.49eV-|||-0.94eV 0.73 _(6)(H)_(5)-CHC(H)_(2)+2(H)^+-|||--1 1.09. C6H5-CH2CH2× +H×-|||-_(6)(H)_(5)-C(H)_(2)C(H)_(3)-|||-反应历程
聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。回答下列问题：
$Ⅰ$.苯乙烯的制备
$(1)$工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯，其原理如下：
反应甲：$C_{6}H_{5}-CH_{2}CH_{3}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{5}-CH=CH_{2}(g)+H_{2}(g) \Delta H_{1}$
近期科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图$1$所示（吸附在催化剂表面的物质用$*$标注)：
乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变$\Delta H_{1}$______$0(选填“大于”或“小于”或“等于”)$，该反应历程的决速步骤反应方程式为______。
$(2)$乙苯脱氢是合成苯乙烯的关键步骤。某温度下，向$2.0L$恒容密闭容器中充入$0.10molC_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3}(g)$，测得乙苯脱氢反应时间$\left(t\right)$与容器内气体总压强$\left(p\right)$的数据见下表：
计算该温度下的平衡常数$K=\_\_\_\_\_\_(结果保留至小数点后两位)$。
$(3)$在$913K$、$100kPa$下，以水蒸气作稀释气。$Fe_{2}O_{3}$作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：
反应乙：$C_{6}H_{5}C_{2}H_{5}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{6}(g)+CH_{2}=CH_{2}(g)$
反应丙：$C_{6}H_{5}C_{2}H_{5}(g)+H_{2}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{5}CH_{3}(g)+CH_{4}(g)$
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性$S$随乙苯转化率的变化曲线如图$2$所示，其中曲线$b$代表的产物是______$,$理由是______。$(S=$转化为目的产物所消耗乙苯的量$\times 100\%)$
$(4)$实验测得，乙苯脱氢反应的速率方程为$v_{正}=k_{正}p_{乙苯}$，$v_{逆}=k_{逆}p_{苯乙烯}p_{氢气}(k_{正}$、$k_{逆}$为速率$\frac{1}{T}$常数，只与温度有关），图$3$中③代表$\lg k_{逆}$随$\frac{1}{T}$的变化关系，则能代表$\lg k_{正}$随$\frac{1}{T}$的变化关系的是______。
$Ⅱ$.苯乙烯的聚合
$(5)$苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某$Cu\left(I\right)$的配合物促进，$CuCl$是合成该$Cu\left(I\right)$的配合物的关键物质。在$CuCl$的晶胞中，$Cl^{-}$的位置如图$4$所示。$Cu^{+}$填充于$Cl^{-}$构成的四面体空隙中，则$Cu^{+}$的配位数为______；若$N_{A}$为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为$\rho g\cdot cm^{-3}$，则该晶胞中$Cu^{+}$之间的距离为______$nm($用含$\rho $、$N_{A}$的代数式表示）。
$Ⅰ$.苯乙烯的制备
$(1)$工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯，其原理如下：
反应甲：$C_{6}H_{5}-CH_{2}CH_{3}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{5}-CH=CH_{2}(g)+H_{2}(g) \Delta H_{1}$
近期科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应，其历程如图$1$所示（吸附在催化剂表面的物质用$*$标注)：
乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变$\Delta H_{1}$______$0(选填“大于”或“小于”或“等于”)$，该反应历程的决速步骤反应方程式为______。
$(2)$乙苯脱氢是合成苯乙烯的关键步骤。某温度下，向$2.0L$恒容密闭容器中充入$0.10molC_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3}(g)$，测得乙苯脱氢反应时间$\left(t\right)$与容器内气体总压强$\left(p\right)$的数据见下表：
| 时间$t/h$ | $0$ | $1$ | $2$ | $4$ | $8$ | $16$ | $20$ | $25$ | $30$ |
| 总压强$p/100kPa$ | $4.91$ | $5.58$ | $6.32$ | $7.31$ | $8.54$ | $9.50$ | $9.52$ | $9.53$ | $9.53$ |
$(3)$在$913K$、$100kPa$下，以水蒸气作稀释气。$Fe_{2}O_{3}$作催化剂，乙苯除脱氢生成苯乙烯外，还会发生如下两个副反应：
反应乙：$C_{6}H_{5}C_{2}H_{5}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{6}(g)+CH_{2}=CH_{2}(g)$
反应丙：$C_{6}H_{5}C_{2}H_{5}(g)+H_{2}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{5}CH_{3}(g)+CH_{4}(g)$
以上反应体系中，芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性$S$随乙苯转化率的变化曲线如图$2$所示，其中曲线$b$代表的产物是______$,$理由是______。$(S=$转化为目的产物所消耗乙苯的量$\times 100\%)$
$(4)$实验测得，乙苯脱氢反应的速率方程为$v_{正}=k_{正}p_{乙苯}$，$v_{逆}=k_{逆}p_{苯乙烯}p_{氢气}(k_{正}$、$k_{逆}$为速率$\frac{1}{T}$常数，只与温度有关），图$3$中③代表$\lg k_{逆}$随$\frac{1}{T}$的变化关系，则能代表$\lg k_{正}$随$\frac{1}{T}$的变化关系的是______。
$Ⅱ$.苯乙烯的聚合
$(5)$苯乙烯聚合有多种方法，其中一种方法的关键步骤是某$Cu\left(I\right)$的配合物促进，$CuCl$是合成该$Cu\left(I\right)$的配合物的关键物质。在$CuCl$的晶胞中，$Cl^{-}$的位置如图$4$所示。$Cu^{+}$填充于$Cl^{-}$构成的四面体空隙中，则$Cu^{+}$的配位数为______；若$N_{A}$为阿伏加德罗常数的值，该晶体的密度为$\rho g\cdot cm^{-3}$，则该晶胞中$Cu^{+}$之间的距离为______$nm($用含$\rho $、$N_{A}$的代数式表示）。
题目解答
答案
（1）乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变$\Delta H_{1}=\left(1.35eV-0eV\right)\times N_{A}mol^{-1}=1.35eV/mol$，由图可知，活化能最大的一步，反应速率最慢，是总反应的决速步，则该反应历程的决速步骤反应方程式为$C_{6}H_{5}-CHCH_{2}*+2H*=C_{6}H_{5}-CH=CH_{2}+H_{2}$，
故答案为：大于；$C_{6}H_{5}-CHCH_{2}*+2H*=C_{6}H_{5}-CH=CH_{2}+H_{2}$；
$(2)$恒温恒容条件下，气体的压强之比等于物质的量之比，则$\alpha ($乙苯$)=\frac{P-{P}_{0}}{P}×100\%=(\frac{P}{{P}_{0}}-1)×100\%$，平衡时，乙苯的转化率$\alpha =\frac{9.53-4.91}{4.91}×100\%=94.1\%$；在反应开始时$c(C_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3})=0.050mol/L$，其平衡转化率为$94.1\%$，则根据反应方程式$C_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{5}CH=CH_{2}(g)+H_{2}(g)$可知：平衡时各种气体的浓度分别为：$c(C_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3})=0.050mol/L\times \left(1-94.1\%\right)$，$c(C_{6}H_{5}CH=CH_{2})=c(H_{2})=0.050mol/L\times 94.1\%$，故该反应的化学平衡常数$K=\frac{c({C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2})c({H}_{2})}{c({C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3})}=\frac{(0.050×94.1\%)^{2}}{0.050×(1-94.1\%)}mol/L=0.75mol/L$，
故答案为：$0.75$；
$(3)$反应甲为主反应，反应乙丙为副反应，苯乙烯的选择性最大；在恒温恒压下，随乙苯转化率的增大，反应乙正向移动，反应丙不移动，则曲线$b$代表产物苯，
故答案为：苯；反应甲为主反应，反应乙丙为副反应，苯乙烯的选择性最大；在恒温恒压下，随乙苯转化率的增大，反应乙正向移动，反应丙不移动，则曲线$b$代表产物苯；
$(4)$实验测得，乙苯脱氢的速率方程为$V_{正}=k_{正}p_{乙苯}$，$v_{逆}=k_{逆}p_{苯乙烯}p_{氢气}$，图$4$中③代表$\lg k_{逆}$随$\frac{1}{T}$的变化关系，达到平衡时，$V_{正}=V_{逆}$，即$k_{正}p_{乙苯}=k_{逆}p_{苯乙烯}p_{氢气}$，则有$\frac{{k}_{正}}{{k}_{_{逆}}}=\frac{{p}_{_{苯乙烯}}{p}_{_{氢气}}}{{p}_{乙苯}}=K$，由上题可知该反应正反应是一个吸热反应，故温度越高平衡正向移动，$K$增大，$\frac{1}{T}$越大，$T$越小，则$K$越小，③代表$\lg k_{逆}$随的变化关系，故能代表$\lg k_{正}$随$\frac{1}{T}$的变化关系的是④，
故答案为：④；
$(5)Cu^{+}$填充于$Cl^{-}$构成的四面体空隙中，则$Cu^{+}$的配位数为$4$；根据均摊原则，晶胞中$Cl^{-}$数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，根据化学式，可知$Cu^{+}$数为$4$，若$N_{A}$为阿伏加德罗常数的值，设晶胞边长为$anm$，该晶体的密度为$pg\cdot cm^{-3}$，$\frac{4(64+35.5)}{{(a×1{0}^{-7})}^{3}×{N}_{A}}=ρ，a=\sqrt[3]{\frac{398}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$，则该晶胞中$Cu^{+}$之间的最短距离为面对角线的一半，距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}×\sqrt[3]{\frac{398}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{7}nm$，
故答案为：$4$；$\frac{\sqrt{2}}{2}×\sqrt[3]{\frac{398}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{7}nm$。
故答案为：大于；$C_{6}H_{5}-CHCH_{2}*+2H*=C_{6}H_{5}-CH=CH_{2}+H_{2}$；
$(2)$恒温恒容条件下，气体的压强之比等于物质的量之比，则$\alpha ($乙苯$)=\frac{P-{P}_{0}}{P}×100\%=(\frac{P}{{P}_{0}}-1)×100\%$，平衡时，乙苯的转化率$\alpha =\frac{9.53-4.91}{4.91}×100\%=94.1\%$；在反应开始时$c(C_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3})=0.050mol/L$，其平衡转化率为$94.1\%$，则根据反应方程式$C_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3}(g)\rightleftharpoons C_{6}H_{5}CH=CH_{2}(g)+H_{2}(g)$可知：平衡时各种气体的浓度分别为：$c(C_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3})=0.050mol/L\times \left(1-94.1\%\right)$，$c(C_{6}H_{5}CH=CH_{2})=c(H_{2})=0.050mol/L\times 94.1\%$，故该反应的化学平衡常数$K=\frac{c({C}_{6}{H}_{5}CH=C{H}_{2})c({H}_{2})}{c({C}_{6}{H}_{5}C{H}_{2}C{H}_{3})}=\frac{(0.050×94.1\%)^{2}}{0.050×(1-94.1\%)}mol/L=0.75mol/L$，
故答案为：$0.75$；
$(3)$反应甲为主反应，反应乙丙为副反应，苯乙烯的选择性最大；在恒温恒压下，随乙苯转化率的增大，反应乙正向移动，反应丙不移动，则曲线$b$代表产物苯，
故答案为：苯；反应甲为主反应，反应乙丙为副反应，苯乙烯的选择性最大；在恒温恒压下，随乙苯转化率的增大，反应乙正向移动，反应丙不移动，则曲线$b$代表产物苯；
$(4)$实验测得，乙苯脱氢的速率方程为$V_{正}=k_{正}p_{乙苯}$，$v_{逆}=k_{逆}p_{苯乙烯}p_{氢气}$，图$4$中③代表$\lg k_{逆}$随$\frac{1}{T}$的变化关系，达到平衡时，$V_{正}=V_{逆}$，即$k_{正}p_{乙苯}=k_{逆}p_{苯乙烯}p_{氢气}$，则有$\frac{{k}_{正}}{{k}_{_{逆}}}=\frac{{p}_{_{苯乙烯}}{p}_{_{氢气}}}{{p}_{乙苯}}=K$，由上题可知该反应正反应是一个吸热反应，故温度越高平衡正向移动，$K$增大，$\frac{1}{T}$越大，$T$越小，则$K$越小，③代表$\lg k_{逆}$随的变化关系，故能代表$\lg k_{正}$随$\frac{1}{T}$的变化关系的是④，
故答案为：④；
$(5)Cu^{+}$填充于$Cl^{-}$构成的四面体空隙中，则$Cu^{+}$的配位数为$4$；根据均摊原则，晶胞中$Cl^{-}$数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，根据化学式，可知$Cu^{+}$数为$4$，若$N_{A}$为阿伏加德罗常数的值，设晶胞边长为$anm$，该晶体的密度为$pg\cdot cm^{-3}$，$\frac{4(64+35.5)}{{(a×1{0}^{-7})}^{3}×{N}_{A}}=ρ，a=\sqrt[3]{\frac{398}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$，则该晶胞中$Cu^{+}$之间的最短距离为面对角线的一半，距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}×\sqrt[3]{\frac{398}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{7}nm$，
故答案为：$4$；$\frac{\sqrt{2}}{2}×\sqrt[3]{\frac{398}{ρ{N}_{A}}}×1{0}^{7}nm$。