Question

5．向一體積不變的密閉容器中加入2mol A、0.6mol C和一定量的B三種氣體．一定條件下發(fā)生反應(yīng)，各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如圖一所示．圖二為t2時(shí)刻后改變反應(yīng)條件，平衡體系中反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的情況，且四個(gè)階段都各改變一種不同的條件．已知t3～t4階段使用了催化劑；圖一中t0～t1階段c（B）未畫出．

（1）若t₁=15min，則t₀～t₁階段以C濃度變化表示的反應(yīng)速率為v（C）=0.02 mol/（L•min）．
（2）t₄～t₅階段改變的條件為減小壓強(qiáng)，B的起始物質(zhì)的量為1.0 mol．各階段平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)如下表所示：

t1～t2	t2～t3	t3～t4	t4～t5	t5～t6
K1	K2	K3	K4	K5

則K₁=0.84（保留兩位小數(shù)），K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之間的關(guān)系為K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅（用“＞”、“＜”或“=”連接）．
（3）t₅～t₆階段保持容器內(nèi)溫度不變，若A的物質(zhì)的量共變化了0.01mol，而此過(guò)程中容器與外界的熱交換總量為a kJ，寫出此溫度下該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：2A（g）+B（g）?3C（g）△H=+200a kJ/mol．
（4）在相同條件下，若起始時(shí)容器中加入a mol A、b mol B和c mol C，要達(dá)到t₁時(shí)刻同樣的平衡，a、b、c要滿足的條件為a+$\frac{2}{3}$c=2.4，b+$\frac{1}{3}$c=1.2．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（C）；
（2）（3）圖二是在四種不同情況下影響化學(xué)的平衡，而影響平衡的因素有：濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑；
t₃～t₄和t₄～t₅這兩段平衡是不移動(dòng)的，則只能是壓強(qiáng)和催化劑影響的，因此應(yīng)該推斷該反應(yīng)為等體積變化的反應(yīng)，
t₃～t₄的平衡比原平衡的速率要快，而t₄～t₅的速率又變慢，則前者應(yīng)是加催化劑，因?yàn)闂l件只能用一次，t₄～t₅段為減壓；
反應(yīng)物的濃度降低，生成物的濃度增大，結(jié)合圖一可知，A為反應(yīng)物，C為生成物，A的變化為0.2mol/L，C的變化量為0.3mol/L．又由于該反應(yīng)為等體積變化的反應(yīng)，所以B為反應(yīng)物，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的速率之比等于化學(xué)方程式前的計(jì)量系數(shù)比，寫出該反應(yīng)的方程式為2A（g）+B（g）?3C（g），起始2molA所對(duì)應(yīng)的濃度為1mol/L，則體積應(yīng)是2L，
t₅-t₆ 階段為升高溫度，v（正）＞（逆），平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)；
根據(jù)平衡常數(shù)，平衡移動(dòng)解答K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之間的關(guān)系；
（4）要達(dá)到t₁時(shí)刻同樣的平衡，應(yīng)為完全等效平衡，則折算后與原平衡相等．

解答 解：（1）15min內(nèi)，以C濃度變化表示的反應(yīng)速率為v（C）=$\frac{0.6mol/L-0.3mol/L}{15min}$=0.02 mol/（L•min），
故答案為：0.02 mol/（L•min）；
（2）t₃～t₄和t₄～t₅這兩段平衡是不移動(dòng)的，則只能是壓強(qiáng)和催化劑影響的，因此應(yīng)該推斷該反應(yīng)為等體積變化的反應(yīng)，
t₃～t₄的平衡比原平衡的速率要快，而t₄～t₅的速率又變慢，則前者應(yīng)是加催化劑，因?yàn)闂l件只能用一次，t₄～t₅段為減壓．
反應(yīng)物的濃度降低，生成物的濃度增大，結(jié)合圖一可知，A為反應(yīng)物，C為生成物，A的變化為0.2mol/L，C的變化量為0.3mol/L．又由于該反應(yīng)為等體積變化的反應(yīng)，所以B為反應(yīng)物，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的速率之比等于化學(xué)方程式前的計(jì)量系數(shù)比，該反應(yīng)的方程式為2A（g）+B（g）?3C（g），所以，△c（B）=$\frac{1}{2}$△n（A）=$\frac{1}{2}$×0.2mol/L=0.1mol/L，起始2molA所對(duì)應(yīng)的濃度為1mol/L，則體積應(yīng)是$\frac{2mol}{1mol/L}$=2L，故B的起始物質(zhì)的量為n（B）=（0.1mol/L+0.4mol/L）×2L=1mol，
t₁-t₂段，處于平衡狀態(tài)，c（A）_平衡=0.8mol/L，c（B）_平衡=0.4mol/L，c（C）_平衡=0.6mol/L，
K₁=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）•c（B）}$=$\frac{0．{6}^{3}}{0．{8}^{2}×0.4}$=0.84，t₂-t₃段，為改變濃度，平衡移動(dòng)，平衡常數(shù)不變，K₂=0.84，
t₃-t₄段，使用催化劑，加快反應(yīng)，平衡常數(shù)不變，K₃=0.84，
t₄-t₅段，為降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率降低，平衡不移動(dòng)，平衡常數(shù)不變，K₄=0.84，
t₅-t₆段，為升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，
故 K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅，
故答案為：減小壓強(qiáng)；1.0mol； 0.84；K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅；
（3）根據(jù)方程式計(jì)算，若A的物質(zhì)的量共變化了0.01mol，而此過(guò)程中容器與外界的熱交換總量為a kJ，則反應(yīng)2molA時(shí)，交換熱量200akJ，而由圖象可知，t₅～t₆階段應(yīng)為升高溫度，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以熱化學(xué)方程式為2A（g）+B（g）?3C（g）△H=+200a kJ/mol，
故答案為：2A（g）+B（g）?3C（g）△H=+200a kJ/mol；
（4）反應(yīng)的方程式為2A（g）+B（g）?3C（g），
根據(jù)方程式計(jì)算，起始時(shí)，將C從理論上轉(zhuǎn)化為A、B，
則A的物質(zhì)的量為2mol+$\frac{2}{3}$×0.6mol=2.4mol，B的物質(zhì)的量為1mol+$\frac{1}{3}$×0.6mol=1.2mol，
在相同條件下，若起始時(shí)容器中加入a mol A、b mol B和c mol C，要達(dá)到t₁時(shí)刻同樣的平衡，則所加物質(zhì)的物質(zhì)的量必須折算后與原平衡相等．
所以有a+$\frac{2}{3}$c=2.4，b+$\frac{1}{3}$c=1.2．
故答案為：a+$\frac{2}{3}$c=2.4，b+$\frac{1}{3}$c=1.2．

點(diǎn)評(píng) 本題以圖象的形式考查影響化學(xué)反應(yīng)速率以及化學(xué)平衡移動(dòng)的因素，題目難度中等，注意等效平衡問(wèn)題，為本題的難點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)．