Question

20．丙酮（CH₃COCH₃）可作为合成聚异戊二烯橡胶，环氧树脂等物质的重要原料，丙酮在某溶剂里在催化剂作用下发生反应：2CH₃COCH₃（aq）?CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq）．回答下列问题
（1）取相同浓度的 CH₃COCH₃，分别在 40℃和 60℃下，测得其转化率α随时间变化的关系曲线（α-t）如图所示． 下列说法正确的是AE
A．b代表40℃下 CH₃COCH₃的α-t 曲线
B．上述反应的正反应为放热反应
C．升高温度可缩短该反应达平衡的时间并能提高平衡转率．
D．增大压强可缩短该反应达平衡的时间并能提高平衡转化率
E．从0到80min，CH₃COCH₂COH（CH₃）₂ 的$\frac{△n（40°C）}{△n（60°C）}$=1
（2）当丙酮的起始浓度为 0.10mol•L^-1 时，实验测得 20℃时的平衡转化率为 60%，列式 计算 20℃时上述反应的平衡常数 K=18.75．
（3）若该反应在 40℃和 60℃时的平衡常数分别为 K₁和 K₂，则 K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．该反应的△S＜0，在较低（填“较高”或“较低”）温度下有利于 该反应自发进行．
（4）一定温度下，随着丙酮的起始浓度增大，其平衡转化率增大（填“增大”、“不变”或“减小”）

Answer 1

分析 （1）分析图象题时注意曲线的变化，温度越高，化学反应速率越大，达到平衡时的时间就越少，曲线的斜率就越大；根据图象可以看出温度越高CH₃COCH₃转化的越少，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，CH₃COCH₃的转化率反而降低，分析图象，当反应进行到80min时a、b曲线对应的转化率相同，这说明此时生成的CH₃COCH₂COH（CH₃）₂一样多；
（2）利用化学平衡三段式计算出平衡时各物质的浓度，根据平衡常数的定义进行计算；
（3）该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；
2分子的CH₃COCH₃（aq）生成1分子的CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq），故△S＜0；
△G=△H-T△S；△H＜0，△S＜0，要使△G＜0，故在低温时有利于该反应自发进行；
（4）温度不变，则平衡常数不变，利用平衡常数分析起始浓度与转化率的关系．

解答 解：（1）2CH₃COCH₃（aq）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq）．
A．温度越高，反应速率就越快，到达平衡的时间就越短，由图象可看出曲线b首先到达平衡，所以曲线b表示的是60℃时的α-t曲线，故A错误；
B．温度越高，反应速率就越快，到达平衡的时间就越短，由图象可看出曲线b首先到达平衡，所以曲线b表示的是60℃时的α-t曲线；升高温度，转化率减小，平衡逆向移动，故该反应的正反应为放热反应，故B正确；
C．根据图象温度越高CH₃COCH₃转化的越少，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，故C错误；
D．无气体参加的反应，增大压强对平衡不产生影响，故D错误；
E.80min时，生成的CH₃COCH₂COH（CH₃）₂一样多，故从0到80min，CH₃COCH₂COH（CH₃）₂的$\frac{△n（40℃）}{△n（60℃）}$=1，故E正确；
故选AE；
（2）当丙酮的起始浓度为0.10mol•L^-1时，实验测得20℃时的平衡转化率为60%；
                        2CH₃COCH₃（aq）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq）
开始（mol/L）：0.1                                                     0
变化（mol/L）：0.06                                               0.03
平衡（mol/L）：0.04                                                  0.03
平衡常数k=$\frac{0.03}{0.04×0.04}$=18.75，
故答案为：18.75；
（3）若该反应在40℃和60℃时的平衡常数分别为K₁和K₂，该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故则K₁＞K₂；2分子的CH₃COCH₃（aq）生成1分子的CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq），故△S＜0；△G=△H-T△S；△H＜0，△S＜0，要使△G＜0，故在低温时有利于该反应自发进行；
故答案为：＞；＜；较低；
（4）由三段法计算可知，K=$\frac{a}{2{C}_{0}（1-a）^{2}}$，温度不变，则K不变，则增大丙酮的起始浓度，为保证K不变，则转化率a应增大；
故答案为：增大．

点评 本题考查转化率随温度变化的图象题，难度较大．做题时注意观察曲线的变化趋势，以及温度对化学反应速率的影响，本题的关键是根据图象正确判断反应是吸热还是放热．