Question

17．T℃時在2L的密閉容器中X（g）與Y（g）發生反應生成Z（g）．反應過程中X、Y、Z的濃度變化如圖（1）所示

（1）容器中發生的可逆反應的反應方程式為3X+Y═2Z；
（2）反應進行的前3min內，用X表示的反應速率v（X）=0.1mol•（L•min）^-1；
（3）該可逆反應T℃時的化學平衡常數K≈0.67（保留小數點后兩位）；
若在3min到達平衡后的某一時刻再分別加入0.6mol Y及0.4molZ（維持體積、溫度不變），則平衡將往逆向移動；
（4）若維持T℃溫度不變且保持壓強不變，在體積可變的彈性容器中起始時只充入a mol X和 b mol Y，若要保證達到平衡時與圖（1）中X、Y、Z各物質體積分數相同，則a、b需滿足$\frac{a}{b}$=$\frac{13}{9}$；
（5）若改變反應條件，使反應進程如圖（2）所示，則改變的條件是加入催化劑．

Answer 1

分析 （1）根據圖知，隨著反應進行，X、Y的物質的量減小而生成物物質的量增大，則X、Y是反應物而Z是生成物，反應達到平衡狀態時，△n（X）=（2.0-1.4）mol=0.6mol，△n（Y）=（1.6-1.4）mol=0.2mol，△n（Z）=（0.8-0.4）mol=0.4mol，同一化學反應中同一時間段內各物質的物質的量之比等于其計量數之比，據此確定化學式；
（2）用X表示的反應速率v（X）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{3min}$；
（3）化學平衡時，c（X）=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c（Y）=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c（Z）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L，化學平衡常數K=$\frac{0.4×0.4}{0．{7}^{3}×0.7}$；
加入Y、Z后容器中c（X）=0.7mol/L、c（Y）=$\frac{1.4+0.6}{2}$mol/L=1mol/L、c（Z）=$\frac{0.8+0.4}{2}$mol/L=0.6mol/L，濃度商=$\frac{0.6×0.6}{0．{7}^{3}×1}$，根據濃度商與化學平衡常數K之間的相對大小判斷平衡移動方向；
（4）反應達到平衡狀態時，與圖（1）中X、Y、Z各物質體積分數相同，設參加反應的Y的物質的量為xmol，
3X+Y═2Z
amol bmol 0
3xmolxmol 2xmol
（a-3x）mol （b-x）mol 2x
圖（1）平衡時X、Y的物質的量相等，所以其體積分數相等，則（a-3x）mol=（b-x）mol，x=$\frac{a-b}{2}$，
圖（1）中平衡時Z的體積分數=$\frac{0.8mol}{（1.4+1.4+0.8）mol}$=$\frac{2}{9}$，
則$\frac{2x}{（a-3x）+（b-x）+2x}$=$\frac{2}{9}$，據此計算a、b關系式；
（5）根據圖2知，反應達到平衡狀態時，各物質的物質的量與圖（1）相同，但反應時間縮短，說明改變條件時增大反應速率但不影響平衡移動．

解答 解：（1）根據圖知，隨著反應進行，X、Y的物質的量減小而生成物物質的量增大，則X、Y是反應物而Z是生成物，反應達到平衡狀態時，△n（X）=（2.0-1.4）mol=0.6mol，△n（Y）=（1.6-1.4）mol=0.2mol，△n（Z）=（0.8-0.4）mol=0.4mol，同一化學反應中同一時間段內各物質的物質的量之比等于其計量數之比，則X、Y、Z的計量數之比為0.6mol：0.2mol：0.4mol=3：1：2，則該反應方程式為3X+Y═2Z，
故答案為：3X+Y═2Z；
（2）用X表示的反應速率v（X）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{3min}$=0.1mol•（L•min）^-1，故答案為：0.1；
（33）化學平衡時，c（X）=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c（Y）=$\frac{1.4mol}{2L}$=0.7mol/L、c（Z）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L，化學平衡常數K=$\frac{0.4×0.4}{0．{7}^{3}×0.7}$≈0.67；
加入Y、Z后容器中c（X）=0.7mol/L、c（Y）=$\frac{1.4+0.6}{2}$mol/L=1mol/L、c（Z）=$\frac{0.8+0.4}{2}$mol/L=0.6mol/L，濃度商=$\frac{0.6×0.6}{0．{7}^{3}×1}$=1.05＞0.67，則該反應向逆反應方向移動；
故答案為：0.67；逆向；
（4）反應達到平衡狀態時，與圖（1）中X、Y、Z各物質體積分數相同，設參加反應的Y的物質的量為xmol，
3X+Y═2Z
amol bmol 0
3xmolxmol 2xmol
（a-3x）mol （b-x）mol 2x
圖（1）平衡時X、Y的物質的量相等，所以其體積分數相等，則（a-3x）mol=（b-x）mol，x=$\frac{a-b}{2}$，
圖（1）中平衡時Z的體積分數=$\frac{0.8mol}{（1.4+1.4+0.8）mol}$=$\frac{2}{9}$，
則$\frac{2x}{（a-3x）+（b-x）+2x}$=$\frac{2}{9}$，a、b關系式為$\frac{a}{b}$=$\frac{13}{9}$，
故答案為：$\frac{a}{b}$=$\frac{13}{9}$；
（5）根據圖2知，反應達到平衡狀態時，各物質的物質的量與圖（1）相同，但反應時間縮短，說明改變條件時增大反應速率但不影響平衡移動，催化劑能同等程度的改變正逆反應速率但不影響平衡移動，所以改變的體積是加入催化劑，故答案為：催化劑．

點評 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡影響因素等知識點，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，難點是等效平衡的有關計算，要充分利用體積分數相等進行計算，注意催化劑只改變反應速率但不影響平衡移動，為易錯點．