Question

8．化合物AX₃和單質X₂在一定條件下反應可生成化合物AX₅，該反應不能徹底．回答下列問題：
（1）已知AX₃的熔點和沸點分別為-93.6℃和76℃，AX₅的熔點為167℃．室溫時AX₃與氣體X₂反應生成lmol AX₅時，放出熱量123.8kJ．該反應的熱化學方程式為AX₃（l）+X₂（g）=AX₅（s）△H=-123.8kJ•mol^-1．
（2）一定條件下，反應AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）在容積為10L的密閉容器中進行．起始時AX₃和X₂均為0.2mol．反應在不同條件下進行a、b、c三組實驗，反應體系總壓強隨時間的變化如圖所示．
①用P₀表示開始時總壓強，P表示平衡時總壓強，用α表示AX₃的平衡轉化率，則α的表達式為α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）．由此計算實驗c中 AX₃的平衡轉化率：α_c為40%．若在實驗a中再加入0.1mol AX₅，再次達平衡后AX₃的平衡轉化率將增大．（填“增大、減小或不變”）
②下列不能說明反應達到平衡狀態的是B．
A．混合氣體的平均相對分子質量保持不變  
B．混合氣體密度保持不變
C．體系中X₂的體積分數保持不變         
D．每消耗1mol AX₃的同時消耗1mol AX₅
③計算實驗a從反應開始至到達平衡v（AX₅）化學反應速率為0.00017mol/（L•min）．（保留2位有效數字）
④圖中3組實驗從反應開始至到達平衡時的化學反應速率v（AX₅）由大到小的次序為b＞c＞a（填實驗序號）；與實驗a相比，其他兩組改變的實驗條件是：b加入催化劑、c升高溫度．該反應在實驗a和實驗c中的化學平衡常數的大小關系是K_a＞K_c（填“＞、＜或=”），其中K_c=55.6L/mol（保留小數點后1位）．

Answer 1

分析 （1）根據熔沸點判斷出常溫下各物質聚集狀態，注明聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
（2）①用α表示AX₃的平衡轉化率，則參加反應AX₃為0.2α mol，則：
           AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）
起始（mol）：0.2    0.2      0
轉化（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，壓強之比等于其物質的量之比，據此列方程計算α的表達式；
由圖可知，實驗c中$\frac{p}{{p}_{0}}$=$\frac{140}{175}$，代入α的表達式計算；
若在實驗a中再加入0.1mol AX₅，等效為增大壓強，等效后平衡向正反應方向移動，再次達平衡后AX₃的平衡轉化率將增大；
②可逆反應到達平衡時，正逆反應速率相等，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隨反應進行發生變化，當該物理量由變化到不變化，說明到達平衡；
③由圖可知，實驗a在60min時到達平衡，平衡時AX₃的α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）=2×（1-$\frac{120}{160}$）=50%，則參加反應AX₃的物質的量為0.2mol×50%=0.1mol，根據方程式可知生成AX₅的物質的量，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（AX₅；
④由于恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質的量之比，故相同時間內壓強變化量越大，反應速率越快；
實驗a、b相比，起始壓強相等，平衡時壓強不變，改變條件不影響平衡移動，但b到達平衡的時間較短，反應速率較快，由于反應前后氣體的體積減小，b應是使用催化劑；
a、c相比c組的反應速率加快，平衡時c的壓強變化相對較小，說明與a相比，平衡逆向移動，說明是溫度升高；
正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，而c組的溫度高于a組；
c組平衡時，AX₃的平衡轉化率α_c為40%，平衡常數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，代入數據計算．

解答 解：（1）因為AX₃的熔點和沸點分別為-93.6℃和76℃，AX₅的熔點為167℃，則室溫時，AX₃為液態，AX₅為固態，生成1mol AX₅，放出熱量123.8kJ，該反應的熱化學方程為：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的平衡轉化率，則參加反應AX₃為0.2α mol，則：
           AX₃（g）+X₂（g）?AX₅（g）
起始（mol）：0.2     0.2     0
轉化（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，壓強之比等于其物質的量之比，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，實驗c中$\frac{p}{{p}_{0}}$=$\frac{140}{175}$，則 AX₃的平衡轉化率α_c為2×（1-$\frac{140}{175}$）=40%，
若在實驗a中再加入0.1mol AX₅，等效為增大壓強，等效后平衡向正反應方向移動，再次達平衡后AX₃的平衡轉化率將增大，
故答案為：α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）；40%；增大；
②A．混合氣體總質量不變，隨反應進行總物質的量增大，平均相對分子質量減小，混合氣體的平均相對分子質量保持不變，說明反應到達平衡，故A正確；
B．混合氣體總質量不變，容器體積不變，混合氣體密度始終保持不變，不能說明到達平衡，故B錯誤；
C．X₂的體積分數保持不變，說明到達平衡，故C正確；
D．每消耗1mol AX₃的同時消耗1mol AX₅，則消耗1mol AX₅的同時生成1molAX₃，AX₃的生成速率與消耗速率相等，反應到達平衡，故D正確，
故選：B；
③由圖可知，實驗a在60min時到達平衡，平衡時AX₃的α=2（1-$\frac{p}{{p}_{0}}$）=2×（1-$\frac{120}{160}$）=50%，則參加反應AX₃的物質的量為0.2mol×50%=0.1mol，由方程式可知生成AX₅的物質的量為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，壓強之比等于氣體物質的量之比，故相同時間內壓強變化量越大，反應速率越快，由圖可知，從開始到平衡時a、b、c壓強分別為40kPa、40kPa、35kPa，所用時間分別為60min、40min、45min，每分鐘內壓強平均變化分別為$\frac{40}{60}$Pa、$\frac{40}{40}$Pa、$\frac{35}{45}$Pa，故反應速率b＞c＞a；
實驗a、b相比，起始壓強相等，平衡時壓強不變，改變條件不影響平衡移動，但b到達平衡的時間較短，反應速率較快，由于反應氣體氣體的體積減小，b應是使用催化劑；
a、c相比c組的反應速率加快，平衡時c的壓強變化相對較小，說明與a相比，平衡逆向移動，說明是溫度升高；
正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，而c組的溫度高于a組，故平衡常數K_a＞K_c；
c組平衡時，AX₃的平衡轉化率α_c為40%，平衡常數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．

點評 本題考查化學平衡計算，過程復雜且為字母型計算，屬于易錯題目，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，題目難度較大．