Question

20．丙酮（CH₃COCH₃）可作為合成聚異戊二烯橡膠，環(huán)氧樹脂等物質(zhì)的重要原料，丙酮在某溶劑里在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：2CH₃COCH₃（aq）?CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq）．回答下列問題
（1）取相同濃度的 CH₃COCH₃，分別在 40℃和 60℃下，測(cè)得其轉(zhuǎn)化率α隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線（α-t）如圖所示． 下列說法正確的是AE
A．b代表40℃下 CH₃COCH₃的α-t 曲線
B．上述反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)
C．升高溫度可縮短該反應(yīng)達(dá)平衡的時(shí)間并能提高平衡轉(zhuǎn)率．
D．增大壓強(qiáng)可縮短該反應(yīng)達(dá)平衡的時(shí)間并能提高平衡轉(zhuǎn)化率
E．從0到80min，CH₃COCH₂COH（CH₃）₂ 的$\frac{△n（40°C）}{△n（60°C）}$=1
（2）當(dāng)丙酮的起始濃度為 0.10mol•L^-1 時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得 20℃時(shí)的平衡轉(zhuǎn)化率為 60%，列式 計(jì)算 20℃時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù) K=18.75．
（3）若該反應(yīng)在 40℃和 60℃時(shí)的平衡常數(shù)分別為 K₁和 K₂，則 K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．該反應(yīng)的△S＜0，在較低（填“較高”或“較低”）溫度下有利于 該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
（4）一定溫度下，隨著丙酮的起始濃度增大，其平衡轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“不變”或“減小”）

Answer 1

分析 （1）分析圖象題時(shí)注意曲線的變化，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大，達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間就越少，曲線的斜率就越大；根據(jù)圖象可以看出溫度越高CH₃COCH₃轉(zhuǎn)化的越少，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，CH₃COCH₃的轉(zhuǎn)化率反而降低，分析圖象，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到80min時(shí)a、b曲線對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率相同，這說明此時(shí)生成的CH₃COCH₂COH（CH₃）₂一樣多；
（2）利用化學(xué)平衡三段式計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計(jì)算；
（3）該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
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，故在低溫時(shí)有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（4）溫度不變，則平衡常數(shù)不變，利用平衡常數(shù)分析起始濃度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．

解答 解：（1）2CH₃COCH₃（aq）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq）．
A．溫度越高，反應(yīng)速率就越快，到達(dá)平衡的時(shí)間就越短，由圖象可看出曲線b首先到達(dá)平衡，所以曲線b表示的是60℃時(shí)的α-t曲線，故A錯(cuò)誤；
B．溫度越高，反應(yīng)速率就越快，到達(dá)平衡的時(shí)間就越短，由圖象可看出曲線b首先到達(dá)平衡，所以曲線b表示的是60℃時(shí)的α-t曲線；升高溫度，轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動(dòng)，故該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故B正確；
C．根據(jù)圖象溫度越高CH₃COCH₃轉(zhuǎn)化的越少，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，故C錯(cuò)誤；
D．無氣體參加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)對(duì)平衡不產(chǎn)生影響，故D錯(cuò)誤；
E.80min時(shí)，生成的CH₃COCH₂COH（CH₃）₂一樣多，故從0到80min，CH₃COCH₂COH（CH₃）₂的$\frac{△n（40℃）}{△n（60℃）}$=1，故E正確；
故選AE；
（2）當(dāng)丙酮的起始濃度為0.10mol•L^-1時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得20℃時(shí)的平衡轉(zhuǎn)化率為60%；
                        2CH₃COCH₃（aq）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃COCH₂COH（CH₃）₂（aq）
開始（mol/L）：0.1                                                     0
變化（mol/L）：0.06                                               0.03
平衡（mol/L）：0.04                                                  0.03
平衡常數(shù)k=$\frac{0.03}{0.04×0.04}$=18.75，
故答案為：18.75；
（3）若該反應(yīng)在40℃和60℃時(shí)的平衡常數(shù)分別為K₁和K₂，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故則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，故在低溫時(shí)有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：＞；＜；較低；
（4）由三段法計(jì)算可知，K=$\frac{a}{2{C}_{0}（1-a）^{2}}$，溫度不變，則K不變，則增大丙酮的起始濃度，為保證K不變，則轉(zhuǎn)化率a應(yīng)增大；
故答案為：增大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的圖象題，難度較大．做題時(shí)注意觀察曲線的變化趨勢(shì)，以及溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，本題的關(guān)鍵是根據(jù)圖象正確判斷反應(yīng)是吸熱還是放熱．