Question

12．平衡指的是兩個相反方向的變化最后所處的運動狀態(tài)；在平衡時，兩種變化仍在繼續(xù)進行，但是它們的速率相等；根據(jù)變化的性質可分為物理平衡和化學平衡，中學階段涉及的平衡有氣體可逆反應的平衡、酸堿電離平衡、水解平衡及沉淀-溶解平衡等等．
（1）現(xiàn)有容積為1L的恒溫恒容密閉容器，向其中加入2mol A氣體和2mol B氣體后發(fā)生如下反應：
A（g）+B（g）?C（g）△H=-a kJ•mol^-1
20s后，反應達到平衡狀態(tài)，生成1mol C氣體，放出熱量Q₁kJ．回答下列問題．
①計算20s內B氣體的平均化學反應速率為0.05mol/（L•s），寫出該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C）}{c（A）•c（B）}$．
②保持容器溫度和容積不變，若改為向其中加入1molC氣體，反應達到平衡時，吸收熱量Q₂kJ，則Q₁與Q₂的相互關系正確的是C（填字母）．
（A）Q₁+Q₂=a    （B） Q₁+2Q₂＜2a    （C）Q₁+2Q₂＞2a    （D）Q₁+Q₂＜a
③在原平衡基礎上，保持容器溫度和容積不變，向容器中再通入b mol A氣體（b＞0）時，v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），重新達平衡后，C氣體的平衡體積分數(shù)ϕ（C）=$\frac{1}{3}$，則b=$\frac{4}{3}$．
（2）常溫下，將VmL、0.1000mol•L^-1氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反應．回答下列問題．（忽略溶液體積的變化）
①如果溶液pH=7，此時V的取值＜20.00（填“＞”、“＜”或“=”），而溶液中c（Na⁺）、c（CH₃COO^-）、c（H⁺）、c（OH^-）的大小關系為c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．
②如果V=40.00，則此時溶液中c（OH^-）-c（H⁺）-c（CH₃COOH）=$\frac{1}{30}$mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算；平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
②加入1molA氣體和1molB氣體與加入1molC氣體是在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，加入2molA氣體和2molB氣體與加入1molA氣體和1molB氣體相比，相當于增大一倍的壓強，增大壓強，反應向體積縮小的方向正向移動；
③增加反應物的濃度平衡向正反應方向移動，由題意2 mol A氣體和2 mol B氣體生成1 mol C氣體，根據(jù)三段式求得平衡常數(shù)K=1，依據(jù)溫度不變，平衡常數(shù)不變進行解答；
（2）①溶液的酸堿性是根據(jù)溶液中H⁺濃度與OH^-濃度的相對大小判斷的，只要溶液中c（H⁺）=c（OH^-），溶液就呈中性，CH₃COOH是弱電解質，電離程度不大，NaOH是強電解質，完全電離，反應生成的乙酸鈉是強堿弱酸鹽水解呈堿性，需溶液呈中性，需少加堿；結合電荷守恒分析；
②根據(jù)電荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），物料守恒c（Na⁺）=2[c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）]進行解答．

解答 解：（1）①容積為1L的恒溫恒容密閉容器，20s內生成1molC氣體，根據(jù)A（g）+B（g）?C（g）△H=-a kJ•mol^-1，B氣體減少1mol，濃度變化減少1.0 mol/L，c（B）=1.0mol/L，△t=20s，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.0mol/L}{20s}$=0.05mol/（L•s），已知A（g）+B（g）?C（g），則該反應的化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（C）}{c（A）•c（B）}$，
故答案為：0.05mol/（L•s）；K=$\frac{c（C）}{c（A）•c（B）}$
②設加入1molA氣體和1molB氣體達到平衡時，放出的熱量為Q₃，根據(jù)等效平衡可知：保持容器溫度和容積不變，加入1molA氣體和1molB氣體與加入1molC氣體是等效的，則Q₂+Q₃=a=Q₁，又知保持容器溫度和容積不變，加入2molA氣體和2molB氣體與加入1molA氣體和1molB氣體相比，相當于增大一倍的壓強，A（g）+B（g）?C（g）從起始量分析，正反應是體積縮小的反應，增大壓強，反應向體積縮小的方向移動，所以平衡正向移動，所以放出的熱量Q₁＞2Q₃，所以Q₁ +2Q₂＞2a，所以選：C；
故答案為：C；
③增加反應物的濃度，正反應速率增大，所以v（正）＞v（逆）；
由題意2molA氣體和2molB氣體生成1molC氣體，根據(jù)三段式：
                       A（g）+B（g）=C（g）
開始（mol/L） 2          2           0
反應（mol/L） 1          1           1
平衡（mol/L） 1          1           1
平衡常數(shù)K=$\frac{1mol/L}{1mol/L×1mol/L}$=1，再通入bmolA氣體，溫度不變，平衡常數(shù)不變，根據(jù)三段式：
                        A（g）+B（g）=C（g）
開始（mol/L） 2+b       2               0
反應（mol/L） x           x               x
平衡（mol/L）2+b-x     2-x             x
又知K=1，$\frac{x}{（2+b-x）（2-x）}$=1，C氣體的平衡體積分數(shù)為$\frac{1}{3}$，所以$\frac{x}{4+b-x}$=$\frac{1}{3}$，解得b=$\frac{4}{3}$，x=$\frac{4}{3}$；
故答案為：＞；$\frac{4}{3}$；
（2）①CH₃COOH是弱電解質，電離程度不大，NaOH是強電解質，完全電離，反應生成的乙酸鈉是強堿弱酸鹽，水解呈堿性，需溶液呈中性pH=7，需少加堿，所以常溫下，將V mL、0.1000mol•L^-1氫氧化鈉溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反應，V＜20.00mL溶液呈中性pH=7，c（H⁺）=c（OH^-）；根據(jù)溶液中的電荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-）可知：c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
故答案為：＜；c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
②根據(jù)電荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），物料守恒c（Na⁺）=2[c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）]，得到c（H⁺）+c（CH₃COO^-）+2c（CH₃COOH）=c（OH^-），則c（OH^-）-c（H⁺）-c（CH₃COOH）=c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH），反應后溶液的體積變?yōu)?0mL，則c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）═$\frac{0.1000mol•L-1×20mL}{60mL}$=$\frac{1}{30}$mol/L，
故答案為：$\frac{1}{30}$．

點評 本題主要考查了反應速率的計算、化學平衡的有關計算、弱電解質和鹽的水解等，掌握化學平衡常數(shù)的計算方法，以及化學平衡移動原理知識的靈活運用是解答的關鍵，是一道綜合知識題目，題目難度較大．