Question

12．平衡指的是两个相反方向的变化最后所处的运动状态；在平衡时，两种变化仍在继续进行，但是它们的速率相等；根据变化的性质可分为物理平衡和化学平衡，中学阶段涉及的平衡有气体可逆反应的平衡、酸碱电离平衡、水解平衡及沉淀-溶解平衡等等．
（1）现有容积为1L的恒温恒容密闭容器，向其中加入2mol A气体和2mol B气体后发生如下反应：
A（g）+B（g）?C（g）△H=-a kJ•mol^-1
20s后，反应达到平衡状态，生成1mol C气体，放出热量Q₁kJ．回答下列问题．
①计算20s内B气体的平均化学反应速率为0.05mol/（L•s），写出该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C）}{c（A）•c（B）}$．
②保持容器温度和容积不变，若改为向其中加入1molC气体，反应达到平衡时，吸收热量Q₂kJ，则Q₁与Q₂的相互关系正确的是C（填字母）．
（A）Q₁+Q₂=a    （B） Q₁+2Q₂＜2a    （C）Q₁+2Q₂＞2a    （D）Q₁+Q₂＜a
③在原平衡基础上，保持容器温度和容积不变，向容器中再通入b mol A气体（b＞0）时，v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），重新达平衡后，C气体的平衡体积分数ϕ（C）=$\frac{1}{3}$，则b=$\frac{4}{3}$．
（2）常温下，将VmL、0.1000mol•L^-1氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反应．回答下列问题．（忽略溶液体积的变化）
①如果溶液pH=7，此时V的取值＜20.00（填“＞”、“＜”或“=”），而溶液中c（Na⁺）、c（CH₃COO^-）、c（H⁺）、c（OH^-）的大小关系为c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．
②如果V=40.00，则此时溶液中c（OH^-）-c（H⁺）-c（CH₃COOH）=$\frac{1}{30}$mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）①根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算；平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
②加入1molA气体和1molB气体与加入1molC气体是在保持恒温、恒容情况下是等效平衡，加入2molA气体和2molB气体与加入1molA气体和1molB气体相比，相当于增大一倍的压强，增大压强，反应向体积缩小的方向正向移动；
③增加反应物的浓度平衡向正反应方向移动，由题意2 mol A气体和2 mol B气体生成1 mol C气体，根据三段式求得平衡常数K=1，依据温度不变，平衡常数不变进行解答；
（2）①溶液的酸碱性是根据溶液中H⁺浓度与OH^-浓度的相对大小判断的，只要溶液中c（H⁺）=c（OH^-），溶液就呈中性，CH₃COOH是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离，反应生成的乙酸钠是强碱弱酸盐水解呈碱性，需溶液呈中性，需少加碱；结合电荷守恒分析；
②根据电荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），物料守恒c（Na⁺）=2[c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）]进行解答．

解答 解：（1）①容积为1L的恒温恒容密闭容器，20s内生成1molC气体，根据A（g）+B（g）?C（g）△H=-a kJ•mol^-1，B气体减少1mol，浓度变化减少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），则该反应的化学平衡常数K=$\frac{c（C）}{c（A）•c（B）}$，
故答案为：0.05mol/（L•s）；K=$\frac{c（C）}{c（A）•c（B）}$
②设加入1molA气体和1molB气体达到平衡时，放出的热量为Q₃，根据等效平衡可知：保持容器温度和容积不变，加入1molA气体和1molB气体与加入1molC气体是等效的，则Q₂+Q₃=a=Q₁，又知保持容器温度和容积不变，加入2molA气体和2molB气体与加入1molA气体和1molB气体相比，相当于增大一倍的压强，A（g）+B（g）?C（g）从起始量分析，正反应是体积缩小的反应，增大压强，反应向体积缩小的方向移动，所以平衡正向移动，所以放出的热量Q₁＞2Q₃，所以Q₁ +2Q₂＞2a，所以选：C；
故答案为：C；
③增加反应物的浓度，正反应速率增大，所以v（正）＞v（逆）；
由题意2molA气体和2molB气体生成1molC气体，根据三段式：
                       A（g）+B（g）=C（g）
开始（mol/L） 2          2           0
反应（mol/L） 1          1           1
平衡（mol/L） 1          1           1
平衡常数K=$\frac{1mol/L}{1mol/L×1mol/L}$=1，再通入bmolA气体，温度不变，平衡常数不变，根据三段式：
                        A（g）+B（g）=C（g）
开始（mol/L） 2+b       2               0
反应（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气体的平衡体积分数为$\frac{1}{3}$，所以$\frac{x}{4+b-x}$=$\frac{1}{3}$，解得b=$\frac{4}{3}$，x=$\frac{4}{3}$；
故答案为：＞；$\frac{4}{3}$；
（2）①CH₃COOH是弱电解质，电离程度不大，NaOH是强电解质，完全电离，反应生成的乙酸钠是强碱弱酸盐，水解呈碱性，需溶液呈中性pH=7，需少加碱，所以常温下，将V mL、0.1000mol•L^-1氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.1000mol•L^-1醋酸溶液中，充分反应，V＜20.00mL溶液呈中性pH=7，c（H⁺）=c（OH^-）；根据溶液中的电荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-）可知：c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
故答案为：＜；c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
②根据电荷守恒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^-），则c（OH^-）-c（H⁺）-c（CH₃COOH）=c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH），反应后溶液的体积变为60mL，则c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）═$\frac{0.1000mol•L-1×20mL}{60mL}$=$\frac{1}{30}$mol/L，
故答案为：$\frac{1}{30}$．

点评 本题主要考查了反应速率的计算、化学平衡的有关计算、弱电解质和盐的水解等，掌握化学平衡常数的计算方法，以及化学平衡移动原理知识的灵活运用是解答的关键，是一道综合知识题目，题目难度较大．