Question

9．恒溫時，將2molA和2molB氣體投入固定容積為2L密閉容器中發生反應：2A（g）+B（g）?xC （g）+D（s）  500℃條件下，10s時，測得A的物質的量為1.7mol，C的反應速率為0.0225mol•L^-1•s^-1；40s時反應恰好處于平衡狀態，此時B的轉化率為20%．（要求解題過程）
（1）計算x的值．
（2）從反應開始到40s達平衡狀態，A的平均反應速率．
（3）平衡時容器中B的體積分數．
（4）寫出該溫度下此反應的平衡常數表達式，并計算出其數值．

Answer 1

分析 （1）A的物質的量變化量△n（A）=2mol-1.7mol=0.3mol，△n（C）=0.0225mol•L^-1•s^-1×10s×2L=0.45mol，根據物質的量變化量之比等于化學計量數之比可以計算x=3；
（2）40s時反應恰好處于平衡狀態，此時B的轉化率為20%，則參加反應B的物質的量為2mol×20%=0.4mol，由方程式可知參加反應A的物質的量=0.4mol×2=0.8mol，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（A）；
（3）平衡時參加反應B的物質的量為2mol×20%=0.4mol，故平衡時B的物質的量為2mol-0.4mol=1.6mol，反應前后氣體物質的量不變，故反應后混合氣體總物質的量為4mol，進而計算平衡時B的體積分數；
（4）計算平衡時各物質的物質的量，再根據K=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$計算平衡常數．

解答 解：（1）A的物質的量變化量△n（A）=2mol-1.7mol=0.3mol，△n（C）=0.0225mol•L^-1•s^-1×10s×2L=0.45mol，根據物質的量變化量之比等于化學計量數之比，則0.3mol：0.45mol=2：x，解得x=3，
答：X的值為3；
（2）40s時反應恰好處于平衡狀態，此時B的轉化率為20%，則參加反應B的物質的量為2mol×20%=0.4mol，由方程式可知參加反應A的物質的量=0.4mol×2=0.8mol，則v（A）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{40s}$=0.01mol/（L．s），
答：A的平均反應速率為0.01mol/（L．s）；
（3）平衡時參加反應B的物質的量為2mol×20%=0.4mol，故平衡時B的物質的量為2mol-0.4mol=1.6mol，反應前后氣體物質的量不變，故反應后混合氣體總物質的量為4mol，則平衡時B的體積分數=$\frac{1.6mol}{2mol+2mol}$×100%=40%，
答：平衡時B的體積分數為40%；
（4）平衡時參加反應B的物質的量為2mol×20%=0.4mol，則：
            2A（g）+B（g）?3C （g）+D（s）
起始量（mol）：2      2      0
變化量（mol）：0.8    0.4    1.2
平衡量（mol）：1.2    1.6    1.2
反應前后氣體物質的量不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，故K=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$=$\frac{1．{2}^{3}}{1．{2}^{2}×1.6}$=0.75，
答：平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）×c（B）}$，該溫度下平衡常數K=0.75．

點評 本題考查化學平衡計算、反應速率計算、平衡常數，難度不大，注意三段式解題法在化學平衡計算中應用．