Question

20．在537℃、1.01×10⁵Pa時，往容積可變的密閉容器中充入1mol X和3mol Y，此時容積為V L．保持恒溫恒壓，發生反應X（g）+3Y（g）?2Z（g），達到平衡時，平衡混合氣體中Z的體積分數為0.5．
（1）達到平衡時，X的轉化率約為66.7%．當反應達到平衡后，在其他條件不變時，再通入1mol X和3mol Y的混合氣體，請在右圖中畫出正（v_正）、逆（v_逆）反應速率隨時間t變化的示意圖．
（2）保持上述溫度和壓強恒定不變，若向容器中只充入4mol Z，則反應達到平衡時，平衡氣體中Y 的體積分數為37.5%，容器的容積為$\frac{4V}{3}$L．
（3）若另選一容積固定不變的密閉容器，仍控制溫度不變，使2mol X和6mol Y反應，達到平衡時平衡氣體中Z的體積分數仍為0.5，則該密閉容器的容積為$\frac{4V}{3}$．
（4）若溫度仍為537℃，容器體積保持VL不變（恒容），往其中充入a mol X的b mol Y，使反應達到平衡，這時平衡氣體中Z的體積分數仍為0.5，體系壓強為1.01×10⁵Pa，若a：b=1：3，則a=1.5mol．

Answer 1

分析 恒壓下 X（g）+3Y（g）$\stackrel{\;}{?}$2Z（g），
開始   1           3           0
轉化  x           3x         2x
平衡1-x          3-3x      2x
到平衡時，平衡混合氣體中Z的體積分數為0.5，
則$\frac{2x}{4-2x}$=0.5，解得x=$\frac{2}{3}$mol，以此結合等效平衡來解答該題．

解答 解：恒壓下 X（g）+3Y（g）$\stackrel{\;}{?}$2Z（g），
           開始       1      3           0
          轉化      x       3x          2x
         平衡      1-x     3-3x       2x
到平衡時，平衡混合氣體中Z的體積分數為0.5，
則$\frac{2x}{4-2x}$=0.5，解得x=$\frac{2}{3}$mol，
（1）X的轉化率約為$\frac{\frac{2}{3}mol}{1mol}$×100%=66.7%，在其他條件不變時，再通入1mol X和3mol Y的混合氣體，由于壓強不變，則速率不變，圖象為，
故答案為：66.7%；，；
（2）保持上述溫度和壓強恒定不變，若向容器中只充入4molZ，與上述平衡等效，則Y的體積分數為$\frac{3-3×\frac{2}{3}}{4-2×\frac{2}{3}}$×100%=37.5%，
由物質的量與體積成正比可知，設平衡的體積為x，則$\frac{4}{V}=\frac{\frac{8}{3}×2}{x}$，解得x=$\frac{4V}{3}$L，故答案為：37.5%；$\frac{4V}{3}$；
（3）容積固定不變的密閉容器，仍控制溫度不變，使2mol X和6mol Y反應，達到平衡時平衡氣體中Z的體積分數仍為0.5，
與加入4molZ建立的平衡等效，體積為$\frac{4V}{3}$L，故答案為：$\frac{4V}{3}$；
（4）容器體積保持VL不變（恒容），往其中充入a mol X的b mol Y，使反應達到平衡，這時平衡氣體中Z的體積分數仍為0.5，體系壓強為1.01×10⁵Pa，若a：b=1：3，則  X（g）+3Y（g）$\stackrel{\;}{?}$2Z（g），
開始  a      3a      0
轉化  x       3x     2x
平衡a-x      3a-3x    2x
到平衡時，平衡混合氣體中Z的體積分數為0.5，
$\frac{2x}{4a-2x}$=0.5，4a-2x=4mol，
解得a=1.5mol，故答案為：1.5mol．

點評 本題考查化學平衡的計算及等效平衡，為高頻考點，側重于學生的分析、計算能力的考查，注意化學平衡三段法的計算及等效平衡的條件、體積與物質的量的關系即可解答，題目難度較大．