Question

9．平衡指的是兩個相反方向的變化最后所處的運動狀態；中學階段涉及的平衡有氣體可逆反應的平衡、酸堿電離平衡、水解平衡及沉淀-溶解平衡等．
（1）現有容積為1L的恒溫恒容密閉容器，向其中加入2mol A氣體和2mol B氣體后發生如下反應：A（g）+B（g）?C（g）△H=-a kJ•mol^-1，20s后，反應達到平衡狀態，生成1mol C氣體，放出熱量Q₁kJ．回答下列問題．
①20s內B氣體的平均化學反應速率為0.05mol•L^-1•S^-1．
②下列各項中能說明該反應已經達到平衡狀態的有．
A．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化
B．消耗1molA的同時消耗1molB
C．容器中氣體的密度不隨時間而變化
D．C的體積分數不隨時間而變化
③保持容器溫度和容積不變，若開始時向容器中加入2molC氣體，反應達到平衡時，吸收熱量Q₂kJ，則Q₁與Q₂的相互關系正確的是AC（填字母）．
（A）Q₁+Q₂=2a   （B） Q₁+2Q₂＜2a   （C）Q₁+2Q₂＞2a（D）Q₁+Q₂＜a
④在原平衡基礎上，保持容器溫度和容積不變，向容器中再通入bmolA氣體，重新達平衡后，B氣體的轉化率為60%，則b=0.7
（2）亞磷酸（H₃PO₃）是二元酸，與足量NaOH溶液反應生成Na₂HPO₃．25℃時H₃PO₃?H⁺+H₂PO₃^-的電離常數K_a=8.0×10^-3 mol•L^-1，該溫度下NaH₂PO₃水解反應的平衡常數K_h=1.25×10^-12mol•L^-1mol•L^-1．亞磷酸鈉具有強還原性，可使碘水褪色．若向NaH₂PO₃溶液中加入少量I₂，則溶液中$\frac{c（{H}_{3}P{O}_{3}）}{c（{H}_{2}P{O}_{3}^{-}）}$將變大 （填“變大”“變小”“不變”）．
（3）如圖為某溫度下，PbS（s）、ZnS（s）、FeS（s）分別在溶液中達到沉淀溶解平衡后，溶液的S^2-濃度、金屬陽離子濃度變化情況．如果向三種沉淀中滴加鹽酸，最先溶解的是FeS （填化學式）．向新生成的ZnS濁液中滴入足量含相同濃度的Pb²⁺、Fe²⁺的溶液，振蕩后，ZnS沉淀會轉化為PbS（填化學式）沉淀．

Answer 1

分析 （1）①根據反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②根據化學平衡狀態的特征解答，當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態；
③加入2molA氣體和2molB氣體與加入2molC氣體是在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，則Q₁+Q₂=2a，據此判斷；
④增加反應物的濃度平衡向正反應方向移動，由題意2molA氣體和2molB氣體生成1molC氣體，根據三段式求得平衡常數K=1，依據溫度不變，平衡常數不變進行解答；
（2）根據水解方程式H₂PO₃^-+H₂OH₃PO₃+OH^-可知水解反應的平衡常數K_h=$\frac{c（OH{\;}^{-}）c（H{\;}_{3}PO{\;}_{3}）}{c（H{\;}_{2}PO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{c（H{\;}^{+}）c（OH{\;}^{-}）c（H{\;}_{3}PO{\;}_{3}）}{c（H{\;}^{+}）c（H{\;}_{2}PO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{K{\;}_{w}}{K{\;}_{a}}$；亞磷酸鈉具有強還原性，可使碘水褪色．若向NaH₂PO₃溶液中加入少量I₂，則亞磷酸根被碘氧化為磷酸，同時還有碘化氫生成，即氫離子濃度增大，氫氧根離子濃度減小，結合K_h=$\frac{c（OH{\;}^{-}）c（H{\;}_{3}PO{\;}_{3}）}{c（H{\;}_{2}PO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$判斷；
（3）由圖象可知Ksp（PbS）＜Ksp（ZnS）＜Ksp（FeS），以此解答．

解答 解：（1）①20s后，反應達到平衡狀態，生成1mol C氣體，則根據方程式可知消耗1molB，濃度是1mol/L，則20s內B氣體的平均化學反應速率為v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1mol/L}{20s}$=0.05mol•L^-1•S^-1，故答案為：0.05mol•L^-1•S^-1；
②在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態；
A．混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，因此容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化說明反應達到平衡狀態，故A正確；
B．消耗1molA的同時消耗1molB均表示正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，故B錯誤；
C．密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，即密度始終不變，所以容器中氣體的密度不隨時間而變化不能說明反應達到平衡狀態，故C錯誤；
D．C的體積分數不隨時間而變化說明反應達到平衡狀態，故D正確；
故選：AD；
③保持容器溫度和容積不變，若開始時向容器中加入2molC氣體，則相當于是2molA和2molB，所以平衡是等效的，因此反應達到平衡時，如果吸收熱量Q₂kJ，則Q₁+Q₂=2a，因此Q₁+2Q₂＞2a，故選：AC．
④A（g）+B（g）?C（g）
起始量（mol） 2+b   2       0
轉化量（mol） 1.2    1.2    1.2
平衡量（mol）0.8+b   0.8    1.2
溫度不變平衡常數不變，則$\frac{1}{1×1}$=1=$\frac{1.2}{（0.8+b）×0.8}$
解得b=0.7，故答案為：0.7；
（2）根據水解方程式H₂PO₃^-+H₂O?H₃PO₃+OH^-可知水解反應的平衡常數K_h=$\frac{c（OH{\;}^{-}）c（H{\;}_{3}PO{\;}_{3}）}{c（H{\;}_{2}PO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{c（H{\;}^{+}）c（OH{\;}^{-}）c（H{\;}_{3}PO{\;}_{3}）}{c（H{\;}^{+}）c（H{\;}_{2}PO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{K{\;}_{w}}{K{\;}_{a}}$=$\frac{10{\;}^{-14}}{8×10{\;}^{-3}}$=1.25×10^-12mol•L^-1．亞磷酸鈉具有強還原性，可使碘水褪色．若向NaH₂PO₃溶液中加入少量I₂，則亞磷酸根被碘氧化為磷酸，同時還有碘化氫生成，即氫離子濃度增大，氫氧根離子濃度減小，由于溶液中K_h=$\frac{c（OH{\;}^{-}）c（H{\;}_{3}PO{\;}_{3}）}{c（H{\;}_{2}PO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$，溫度不變水解常數不變，又氫氧根離子濃度減小，所以$\frac{c（H{\;}_{3}PO{\;}_{3}）}{c（H{\;}_{2}PO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$將變大，
故答案為：1.25×10^-12mol•L^-1；變大；
（3）由圖象可知Ksp（PbS）＜Ksp（ZnS）＜Ksp（FeS），如果向三種沉淀中加鹽酸，最先溶解的是FeS，根據溶解平衡可知，沉淀容易向生成更難溶的方向轉化，向新生成的ZnS濁液中滴入足量含相同濃度的Pb²⁺、Fe²⁺的溶液，振蕩后，ZnS沉淀會轉化為溶度積最小的PbS，
故答案為：FeS；PbS．

點評 本題主要考查平衡的有關知識以及難溶電解質的轉化，掌握化學平衡常數的計算方法，以及化學平衡移動原理知識的靈活運用是解答的關鍵，題目難度較大，注意三段式的運用．