Question

8．化合物AX₃和單質(zhì)X₂在一定條件下反應(yīng)可生成化合物AX₅，該反應(yīng)不能徹底．回答下列問題：
（1）已知AX₃的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為-93.6℃和76℃，AX₅的熔點(diǎn)為167℃．室溫時(shí)AX₃與氣體X₂反應(yīng)生成lmol AX₅時(shí)，放出熱量123.8kJ．該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為AX₃（l）+X₂（g）=AX₅（s）△H=-123.8kJ•mol^-1．
（2）一定條件下，反應(yīng)AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）在容積為10L的密閉容器中進(jìn)行．起始時(shí)AX₃和X₂均為0.2mol．反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行a、b、c三組實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖所示．
①用P₀表示開始時(shí)總壓強(qiáng)，P表示平衡時(shí)總壓強(qiáng)，用α表示AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率，則α的表達(dá)式為α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）．由此計(jì)算實(shí)驗(yàn)c中 AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率：α_c為40%．若在實(shí)驗(yàn)a中再加入0.1mol AX₅，再次達(dá)平衡后AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率將增大．（填“增大、減小或不變”）
②下列不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是B．
A．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變  
B．混合氣體密度保持不變
C．體系中X₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變         
D．每消耗1mol AX₃的同時(shí)消耗1mol AX₅
③計(jì)算實(shí)驗(yàn)a從反應(yīng)開始至到達(dá)平衡v（AX₅）化學(xué)反應(yīng)速率為0.00017mol/（L•min）．（保留2位有效數(shù)字）
④圖中3組實(shí)驗(yàn)從反應(yīng)開始至到達(dá)平衡時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率v（AX₅）由大到小的次序?yàn)閎＞c＞a（填實(shí)驗(yàn)序號(hào)）；與實(shí)驗(yàn)a相比，其他兩組改變的實(shí)驗(yàn)條件是：b加入催化劑、c升高溫度．該反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)a和實(shí)驗(yàn)c中的化學(xué)平衡常數(shù)的大小關(guān)系是K_a＞K_c（填“＞、＜或=”），其中K_c=55.6L/mol（保留小數(shù)點(diǎn)后1位）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)熔沸點(diǎn)判斷出常溫下各物質(zhì)聚集狀態(tài)，注明聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①用α表示AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率，則參加反應(yīng)AX₃為0.2α mol，則：
           AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）
起始（mol）：0.2    0.2      0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.2α   0.2α    0.2α
平衡（mol）：0.2（1-α） 0.2（1-α） 0.2α
相同溫度體積下，壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，據(jù)此列方程計(jì)算α的表達(dá)式；
由圖可知，實(shí)驗(yàn)c中$\frac{p}{{p}_{0}}$=$\frac{140}{175}$，代入α的表達(dá)式計(jì)算；
若在實(shí)驗(yàn)a中再加入0.1mol AX₅，等效為增大壓強(qiáng)，等效后平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，再次達(dá)平衡后AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率將增大；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的含量、濃度保持不變，由此衍生其它一些物理量不變，注意選擇判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到不變化，說明到達(dá)平衡；
③由圖可知，實(shí)驗(yàn)a在60min時(shí)到達(dá)平衡，平衡時(shí)AX₃的α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）=2×（1-$\frac{120}{160}$）=50%，則參加反應(yīng)AX₃的物質(zhì)的量為0.2mol×50%=0.1mol，根據(jù)方程式可知生成AX₅的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（AX₅；
④由于恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，故相同時(shí)間內(nèi)壓強(qiáng)變化量越大，反應(yīng)速率越快；
實(shí)驗(yàn)a、b相比，起始?jí)簭?qiáng)相等，平衡時(shí)壓強(qiáng)不變，改變條件不影響平衡移動(dòng)，但b到達(dá)平衡的時(shí)間較短，反應(yīng)速率較快，由于反應(yīng)前后氣體的體積減小，b應(yīng)是使用催化劑；
a、c相比c組的反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)c的壓強(qiáng)變化相對(duì)較小，說明與a相比，平衡逆向移動(dòng)，說明是溫度升高；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，而c組的溫度高于a組；
c組平衡時(shí)，AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率α_c為40%，平衡常數(shù)K=$\frac{c（A{X}_{5}）}{c（A{X}_{3}）×c（{X}_{2}）}$=$\frac{n（A{X}_{5}）}{n（A{X}_{3}）×n（{X}_{2}）}$×V=（$\frac{0.2α}{0.2（1-α）×0.2（1-α）}$×10）L/mol，代入數(shù)據(jù)計(jì)算．

解答 解：（1）因?yàn)锳X₃的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為-93.6℃和76℃，AX₅的熔點(diǎn)為167℃，則室溫時(shí)，AX₃為液態(tài)，AX₅為固態(tài)，生成1mol AX₅，放出熱量123.8kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程為：AX₃（l）+X₂（g）=AX₅（s）△H=-123.8kJ•mol^-1，
故答案為：AX₃（l）+X₂（g）=AX₅（s）△H=-123.8kJ•mol^-1；
（2）用α表示AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率，則參加反應(yīng)AX₃為0.2α mol，則：
           AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）
起始（mol）：0.2     0.2     0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.2α    0.2α    0.2α
平衡（mol）：0.2（1-α） 0.2（1-α） 0.2α
相同溫度體積下，壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，故0.4：[0.2（1-α）+0.2（1-α）+0.2α]=P₀：P，整理得：α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$），
由圖可知，實(shí)驗(yàn)c中$\frac{p}{{p}_{0}}$=$\frac{140}{175}$，則 AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率α_c為2×（1-$\frac{140}{175}$）=40%，
若在實(shí)驗(yàn)a中再加入0.1mol AX₅，等效為增大壓強(qiáng)，等效后平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，再次達(dá)平衡后AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率將增大，
故答案為：α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）；40%；增大；
②A．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行總物質(zhì)的量增大，平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故A正確；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，容器體積不變，混合氣體密度始終保持不變，不能說明到達(dá)平衡，故B錯(cuò)誤；
C．X₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明到達(dá)平衡，故C正確；
D．每消耗1mol AX₃的同時(shí)消耗1mol AX₅，則消耗1mol AX₅的同時(shí)生成1molAX₃，AX₃的生成速率與消耗速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確，
故選：B；
③由圖可知，實(shí)驗(yàn)a在60min時(shí)到達(dá)平衡，平衡時(shí)AX₃的α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）=2×（1-$\frac{120}{160}$）=50%，則參加反應(yīng)AX₃的物質(zhì)的量為0.2mol×50%=0.1mol，由方程式可知生成AX₅的物質(zhì)的量為0.1mol，故v（AX₅）=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{60min}$=0.00017mol/（L•min ），
故答案為：0.00017；
④由于恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，故相同時(shí)間內(nèi)壓強(qiáng)變化量越大，反應(yīng)速率越快，由圖可知，從開始到平衡時(shí)a、b、c壓強(qiáng)分別為40kPa、40kPa、35kPa，所用時(shí)間分別為60min、40min、45min，每分鐘內(nèi)壓強(qiáng)平均變化分別為$\frac{40}{60}$Pa、$\frac{40}{40}$Pa、$\frac{35}{45}$Pa，故反應(yīng)速率b＞c＞a；
實(shí)驗(yàn)a、b相比，起始?jí)簭?qiáng)相等，平衡時(shí)壓強(qiáng)不變，改變條件不影響平衡移動(dòng)，但b到達(dá)平衡的時(shí)間較短，反應(yīng)速率較快，由于反應(yīng)氣體氣體的體積減小，b應(yīng)是使用催化劑；
a、c相比c組的反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)c的壓強(qiáng)變化相對(duì)較小，說明與a相比，平衡逆向移動(dòng)，說明是溫度升高；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，而c組的溫度高于a組，故平衡常數(shù)K_a＞K_c；
c組平衡時(shí)，AX₃的平衡轉(zhuǎn)化率α_c為40%，平衡常數(shù)K=$\frac{c（A{X}_{5}）}{c（A{X}_{3}）×c（{X}_{2}）}$=$\frac{n（A{X}_{5}）}{n（A{X}_{3}）×n（{X}_{2}）}$×V=（$\frac{0.2α}{0.2（1-α）×0.2（1-α）}$×10）L/mol=（$\frac{0.2×0.4}{0.2（1-0.4）×0.2×（1-0.4）}$×10）L/mol=55.6L/mol，
故答案為：b＞c＞a；加入催化劑；升高溫度；＞；55.6L/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，過程復(fù)雜且為字母型計(jì)算，屬于易錯(cuò)題目，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度較大．