Question

8．醋酸由于成本较低，在生产中被广泛应用．
（1）写出醋酸在水溶液中的电离方程式CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺．若某温度下，CH₃COOH（aq）与NaOH（aq）反应的△H=-46.8kJ•mol^-1，HCl（aq）与NaOH（aq）反应的△H=-55.6kJ•mol^-1，则CH₃COOH在水溶液中电离的△H=+8.8kJ•mol^-1．
（2）某温度下，实验测得0.1mol•L^-1醋酸电离度约为1.5%，则该温度下0.1mol•L^-1CH₃COOH的电离平衡常数K=$\frac{（0.1×1.5%）^{2}}{0.1×（1-1.5%）}$（列出计算式，已知电离度α=$\frac{已电离分子数}{分子总数}$×100%）
（3）近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺，不必生产乙醇或乙醛做中间体，使产品成本降低，具有明显经济优势．其合成的基本反应如下：
CH₂═CH₂（g）+CH₃COOH（l）$\stackrel{杂多酸}{?}$CH₃COOC₂H₅（l）
下列描述能说明乙烯与乙酸合成乙酸乙酯的反应已达化学平衡的是BD．
A．乙烯、乙酸、乙酸乙酯的浓度相同
B．酯化合成反应的速率与酯分解反应的速率相等
C．乙烯断开1mol碳碳双键的同时乙酸恰好消耗1mol
D．体系中乙烯的百分含量一定
（4）在n（乙烯）与n（乙酸）物料比为1的条件下，某研究小组在不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验，实验结果如图所示．回答下列问题：
①温度在60～80℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是v（P₁）＞v（P₂）＞v（P₃）[用v（P₁）、v（P₂）、v（P₃）分别表示不同压强下的反应速率]，分析其原因为其它条件相同时，对有气体参与的反应，压强越大化学反应速率越快．
②压强为P₁MPa、温度60℃时，若乙酸乙酯的产率为30%，则此时乙烯的转化率为30%．
③在压强为P₁MPa、温度超过80℃时，乙酸乙酯产率下降的原因可能是由图象可知，P₁ MPa、80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动产率下降．
④根据测定实验结果分析，较适宜的生产条件是P₁ MPa、80℃（填出合适的压强和温度）．为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，可以采取的措施有通入乙烯气体或增大压强（任写出一条）．

Answer 1

分析 （1）醋酸是弱酸存在电离平衡，CH₃COOH（aq）与NaOH（aq）反应可分为两步：①CH₃COOH在水溶液中电离CH₃COOH?H⁺+CH₃COO^-；②产生的H⁺与NaOH（aq）反应，利用盖斯定律进行计算，可得CH₃COOH在水溶液中电离的反应热；
（2）电离度α=$\frac{已电离的醋酸分子}{醋酸分子总数}$×100%；CH₃COOH的电离平衡常数Ka=$\frac{c（{H}^{+}）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$，以此解答该题；
（3）根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化；
（4）①压强越大，反应速率越大；
②压强为P₁MPa、温度60℃时，若乙酸乙酯的产率为30%，依据化学平衡三行计算劣势计算得到，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③在压强为P₁MPa、温度超过80℃时，乙酸乙酯产率下降，说明升温平衡逆向进行；
④选择适宜条件使得乙酸乙酯产率达到最大，为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，赢是改变的条件加快反应速率且平衡正向进行．

解答 解：（1）醋酸是弱酸存在电离平衡，电离方程式为：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电离的热化学方程式为：CH₃COOH（aq）?H⁺（aq）+CH₃COO^-（aq）△H=-46.8kJ•mol^-1-（-55.6kJ•mol^-1）=+8.8kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺；+8.8；
（2）由CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺知，c（H⁺）等于已经电离的c（CH₃COOH），所以已经电离的醋酸浓度是0.1×1.5%mol/L，
由CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺知，c（H⁺）=c（CH₃COO^-）=已经电离的c（CH₃COOH），
溶液中未电离的醋酸浓度为，
Ka=$\frac{c（{H}^{+}）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{（0.1×1.5%）^{2}}{0.1×（1-1.5%）}$，
故答案为：$\frac{（0.1×1.5%）^{2}}{0.1×（1-1.5%）}$；
（3）A．乙烯、乙酸、乙酸乙酯的浓度相同不能说明正逆反应速率相同，故意A错误；
B．酯化合成反应的速率与酯分解反应的速率相等，说明正逆反应速率相同，故B正确；
C．乙烯断开1mol碳碳双键的同时乙酸恰好消耗1mol，只能说明反应正向进行，故C错误；
D．体系中乙烯的百分含量一定是平衡标志，故D正确；
故答案为：BD；
（4）①CH₂═CH₂（g）+CH₃COOH（l）$\stackrel{杂多酸}{?}$CH₃COOC₂H₅（l），温度一定压强增大平衡正向进行，反应速率增大，图象分析可知P₁＞P₂＞P₃，则温度在60～80℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是v（P₁）＞v（P₂）＞v（P₃），
故答案为：v（P₁）＞v（P₂）＞v（P₃）；其它条件相同时，对有气体参与的反应，压强越大化学反应速率越快；
②CH₂═CH₂（g）+CH₃COOH（l）$\stackrel{杂多酸}{?}$CH₃COOC₂H₅（l），
起始量（mol）           1                           1                        0
变化量（mol）           x                            x                        x
平衡量（mol）          1-x                       1-x                        x
弱乙烯全部转化生产乙酸乙酯1mol，若乙酸乙酯的产率为30%，则生成乙酸乙酯0.3mol，所以消耗乙烯0.3mol，
乙烯的转化率=30%，
故答案为：30%；
③在压强为P₁MPa、温度超过80℃时，乙酸乙酯产率下降的原因可能是：由图象可知，P₁ MPa、80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动产率下降
故答案为：由图象可知，P₁ MPa、80℃时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动产率下降；
④选择适宜条件使得乙酸乙酯产率达到最大，图象中乙酸乙酯产率最大的条件是：P₁ MPa、80℃，为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，赢是改变的条件加快反应速率且平衡正向进行，可以增大反应物浓度或增大压强等，
故答案为：P₁ MPa、80℃； 通入乙烯气体或增大压强．

点评 本题考查了弱电解质电离平衡、热化学方程式书写、电离平衡常数计算、平衡影响因素和图象分析判断，平衡移动原理是解题关键，题目难度中等．