Question

8．醋酸由于成本較低，在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用．
（1）寫(xiě)出醋酸在水溶液中的電離方程式CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺．若某溫度下，CH₃COOH（aq）與NaOH（aq）反應(yīng)的△H=-46.8kJ•mol^-1，HCl（aq）與NaOH（aq）反應(yīng)的△H=-55.6kJ•mol^-1，則CH₃COOH在水溶液中電離的△H=+8.8kJ•mol^-1．
（2）某溫度下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得0.1mol•L^-1醋酸電離度約為1.5%，則該溫度下0.1mol•L^-1CH₃COOH的電離平衡常數(shù)K=$\frac{（0.1×1.5%）^{2}}{0.1×（1-1.5%）}$（列出計(jì)算式，已知電離度α=$\frac{已電離分子數(shù)}{分子總數(shù)}$×100%）
（3）近年來(lái)化學(xué)家研究開(kāi)發(fā)出用乙烯和乙酸為原料、雜多酸作催化劑合成乙酸乙酯的新工藝，不必生產(chǎn)乙醇或乙醛做中間體，使產(chǎn)品成本降低，具有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)．其合成的基本反應(yīng)如下：
CH₂═CH₂（g）+CH₃COOH（l）$\stackrel{雜多酸}{?}$CH₃COOC₂H₅（l）
下列描述能說(shuō)明乙烯與乙酸合成乙酸乙酯的反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡的是BD．
A．乙烯、乙酸、乙酸乙酯的濃度相同
B．酯化合成反應(yīng)的速率與酯分解反應(yīng)的速率相等
C．乙烯斷開(kāi)1mol碳碳雙鍵的同時(shí)乙酸恰好消耗1mol
D．體系中乙烯的百分含量一定
（4）在n（乙烯）與n（乙酸）物料比為1的條件下，某研究小組在不同壓強(qiáng)下進(jìn)行了在相同時(shí)間點(diǎn)乙酸乙酯的產(chǎn)率隨溫度的變化的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示．回答下列問(wèn)題：
①溫度在60～80℃范圍內(nèi)，乙烯與乙酸酯化合成反應(yīng)速率由大到小的順序是v（P₁）＞v（P₂）＞v（P₃）[用v（P₁）、v（P₂）、v（P₃）分別表示不同壓強(qiáng)下的反應(yīng)速率]，分析其原因?yàn)槠渌鼦l件相同時(shí)，對(duì)有氣體參與的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大化學(xué)反應(yīng)速率越快．
②壓強(qiáng)為P₁MPa、溫度60℃時(shí)，若乙酸乙酯的產(chǎn)率為30%，則此時(shí)乙烯的轉(zhuǎn)化率為30%．
③在壓強(qiáng)為P₁MPa、溫度超過(guò)80℃時(shí)，乙酸乙酯產(chǎn)率下降的原因可能是由圖象可知，P₁ MPa、80℃時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡且正反應(yīng)放熱，故壓強(qiáng)不變升高溫度平衡逆向移動(dòng)產(chǎn)率下降．
④根據(jù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，較適宜的生產(chǎn)條件是P₁ MPa、80℃（填出合適的壓強(qiáng)和溫度）．為提高乙酸乙酯的合成速率和產(chǎn)率，可以采取的措施有通入乙烯氣體或增大壓強(qiáng)（任寫(xiě)出一條）．

Answer 1

分析 （1）醋酸是弱酸存在電離平衡，CH₃COOH（aq）與NaOH（aq）反應(yīng)可分為兩步：①CH₃COOH在水溶液中電離CH₃COOH?H⁺+CH₃COO^-；②產(chǎn)生的H⁺與NaOH（aq）反應(yīng)，利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，可得CH₃COOH在水溶液中電離的反應(yīng)熱；
（2）電離度α=$\frac{已電離的醋酸分子}{醋酸分子總數(shù)}$×100%；CH₃COOH的電離平衡常數(shù)Ka=$\frac{c（{H}^{+}）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$，以此解答該題；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、體積分?jǐn)?shù)以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化；
（4）①壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大；
②壓強(qiáng)為P₁MPa、溫度60℃時(shí)，若乙酸乙酯的產(chǎn)率為30%，依據(jù)化學(xué)平衡三行計(jì)算劣勢(shì)計(jì)算得到，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③在壓強(qiáng)為P₁MPa、溫度超過(guò)80℃時(shí)，乙酸乙酯產(chǎn)率下降，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行；
④選擇適宜條件使得乙酸乙酯產(chǎn)率達(dá)到最大，為提高乙酸乙酯的合成速率和產(chǎn)率，贏是改變的條件加快反應(yīng)速率且平衡正向進(jìn)行．

解答 解：（1）醋酸是弱酸存在電離平衡，電離方程式為：CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺
CH₃COOH（aq）+OH^-（aq）═CH₃COO^-（aq）+H₂O（l）△H=-46.8kJ•mol^-1 ①
   H⁺（aq）+OH^-（aq）═H₂O（l）△H=△H=-55.6kJ•mol^-1 ②
用①-②可得CH₃COOH電離的熱化學(xué)方程式為：CH₃COOH（aq）?H⁺（aq）+CH₃COO^-（aq）△H=-46.8kJ•mol^-1-（-55.6kJ•mol^-1）=+8.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺；+8.8；
（2）由CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺知，c（H⁺）等于已經(jīng)電離的c（CH₃COOH），所以已經(jīng)電離的醋酸濃度是0.1×1.5%mol/L，
由CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺知，c（H⁺）=c（CH₃COO^-）=已經(jīng)電離的c（CH₃COOH），
溶液中未電離的醋酸濃度為，
Ka=$\frac{c（{H}^{+}）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{（0.1×1.5%）^{2}}{0.1×（1-1.5%）}$，
故答案為：$\frac{（0.1×1.5%）^{2}}{0.1×（1-1.5%）}$；
（3）A．乙烯、乙酸、乙酸乙酯的濃度相同不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故意A錯(cuò)誤；
B．酯化合成反應(yīng)的速率與酯分解反應(yīng)的速率相等，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故B正確；
C．乙烯斷開(kāi)1mol碳碳雙鍵的同時(shí)乙酸恰好消耗1mol，只能說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，故C錯(cuò)誤；
D．體系中乙烯的百分含量一定是平衡標(biāo)志，故D正確；
故答案為：BD；
（4）①CH₂═CH₂（g）+CH₃COOH（l）$\stackrel{雜多酸}{?}$CH₃COOC₂H₅（l），溫度一定壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，圖象分析可知P₁＞P₂＞P₃，則溫度在60～80℃范圍內(nèi)，乙烯與乙酸酯化合成反應(yīng)速率由大到小的順序是v（P₁）＞v（P₂）＞v（P₃），
故答案為：v（P₁）＞v（P₂）＞v（P₃）；其它條件相同時(shí)，對(duì)有氣體參與的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大化學(xué)反應(yīng)速率越快；
②CH₂═CH₂（g）+CH₃COOH（l）$\stackrel{雜多酸}{?}$CH₃COOC₂H₅（l），
起始量（mol）           1                           1                        0
變化量（mol）           x                            x                        x
平衡量（mol）          1-x                       1-x                        x
弱乙烯全部轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙酸乙酯1mol，若乙酸乙酯的產(chǎn)率為30%，則生成乙酸乙酯0.3mol，所以消耗乙烯0.3mol，
乙烯的轉(zhuǎn)化率=30%，
故答案為：30%；
③在壓強(qiáng)為P₁MPa、溫度超過(guò)80℃時(shí)，乙酸乙酯產(chǎn)率下降的原因可能是：由圖象可知，P₁ MPa、80℃時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡且正反應(yīng)放熱，故壓強(qiáng)不變升高溫度平衡逆向移動(dòng)產(chǎn)率下降
故答案為：由圖象可知，P₁ MPa、80℃時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡且正反應(yīng)放熱，故壓強(qiáng)不變升高溫度平衡逆向移動(dòng)產(chǎn)率下降；
④選擇適宜條件使得乙酸乙酯產(chǎn)率達(dá)到最大，圖象中乙酸乙酯產(chǎn)率最大的條件是：P₁ MPa、80℃，為提高乙酸乙酯的合成速率和產(chǎn)率，贏是改變的條件加快反應(yīng)速率且平衡正向進(jìn)行，可以增大反應(yīng)物濃度或增大壓強(qiáng)等，
故答案為：P₁ MPa、80℃； 通入乙烯氣體或增大壓強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了弱電解質(zhì)電離平衡、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、電離平衡常數(shù)計(jì)算、平衡影響因素和圖象分析判斷，平衡移動(dòng)原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．