Question

11．在1.0L密閉容器中放入0.10molA（g），在一定溫度進行如下反應：
A（g）?B（g）+C（g）△H=+285.1kJ•mol^-1
反應時間（t）、容器內氣體總壓強（P）和A的物質的量濃度的數據見下表：

時間t/h	0	1	2	4	8	16
總壓強p/100kPa	4.91	5.58	6.32	7.31	8.54	8.54
c（A）/（mol•L-1）	0.10	0.086	0.071	0.051	a	a

回答下列問題：
（1）上述反應能夠自發進行的條件是高溫．
（2）由總壓強P和起始壓強P₀表示反應物A的轉化率α（A）的表達式為（$\frac{P}{{P}_{0}}$-1）×100%．根據表中數據計算平衡時A的轉化率為73.9%．
（3）用氣體的平衡分壓（分壓=總壓×物質的量的分數）代替平衡濃度表示該反應的平衡常數的表達式K_P=$\frac{{α}^{2}（A）}{[1+α（A）]×[1-α（A）]}P$（用含α（A）和P的式子表示）．
（4）由總壓強P和起始壓強P₀表示反應體系的總物質的量n_總和反應物A的物質的量n（A），
n_總=0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$mol，n（A）=0.1×（2-$\frac{P}{{P}_{0}}$）mol，根據上表計算a=0.026mol/L．
（5）由上述實驗數據得到反應速率與反應物和生成物物質的量濃度的關系可用圖表示．當升高到某一溫度時反應重新達到平衡，相應的點分別為a、d．

Answer 1

分析 （1）G=△H-T△S，△G為自由能變化，△H為焓變，T為熱力學溫度，△S熵變，當△G＜0時反應能自發進行，△G＞0時反應不能自發進行，據此分析判斷；
（2）相同條件下壓強之比等于物質的量之比，反應前后物質的量的增大等于反應的A的物質的量，結合轉化率概念計算得到；
（3）化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值，K_p的表達式是將平衡分壓代替平衡濃度，某物質的平衡分壓=總壓×該物質的物質的量分數；
（4）同溫同壓下，壓強之比等于物質的量之比，根據A（g）?B（g）+C（g），反應前后增大的物質的量為反應的A的物質的量，結合表中壓強與物質的量的關系計算；
（5）升高溫度，正、逆反應速率均加快，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，正反應建立平衡，平衡時A的物質的量濃度減小，逆反應建立平衡，平衡時B、C的物質的量濃度增大．

解答 解：（1）反應自發進行需要滿足，△H-T△S＜0，依據題干條件可知，A（g）?B（g）+C（g）△H=+285.1kJ•mol^-1，正反應為氣體分子數增大的反應，△S＞0，正反應吸熱，△H=+285.1kJ•mol^-1＞0，所以反應一定是在高溫條件下才能自發進行，
故答案為：高溫；
（2）反應前后氣體物質的量增大量等于反應的A的量，所以由總壓強p和起始壓強p₀計算反應物A的轉化率α（A）的表達式=$\frac{P-{P}_{0}}{{P}_{0}}$×100%=（$\frac{P}{{P}_{0}}$-1）×100%；
平衡時A的轉化率α（A）=（$\frac{8.54}{4.91}$-1）×100%=73.9%，
故答案為：（$\frac{P}{{P}_{0}}$-1）×100%；73.9；
（3）反應物A的轉化率α（A），A（g）?B（g）+C（g），
                            起始（mol/L）：0.1                     0                  0
                            變化（mol/L）：0.1α（A）         0.1α（A）     0.1α（A）
                           終了（mol/L）：0.1-0.1α（A）     0.1α（A）    0.1α（A）
化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值，物質的平衡分壓=總壓×該物質的物質的量分數，所以平衡常數K_P=$\frac{\frac{0.1α（A）}{[0.1+0.1α（A）]}p×\frac{0.1α（A）}{[0.1+0.1α（A）]}p}{\frac{0.1+0.1α（A）}{[0.1+0.1α（A）]}P}$=$\frac{{α}^{2}（A）}{[1+α（A）]×[1-α（A）]}P$，
故答案為：$\frac{{α}^{2}（A）}{[1+α（A）]×[1-α（A）]}P$；

（4）總壓強用P表示，起始壓強用P₀表示，同溫同壓下，壓強之比等于物質的量之比，$\frac{{P}_{0}}{0.1}=\frac{P}{{n}_{總}}$，n_總=0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$，A（g）?B（g）+C（g），反應過程中，n（A）消耗：n總=（P-P₀）：P，A物質的量n（A）=0.1-n（A）_消耗=0.1-n_總×$\frac{P-{P}_{0}}{P}$=0.1-0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$×$\frac{P-{P}_{0}}{P}$=0.1×（2-$\frac{P}{{P}_{0}}$）mol，總壓強P=8.54×100kPa時反應達到平衡狀態，P₀=4.91×100KPa，A的轉化率α（A）的表達式=$\frac{P-{P}_{0}}{{P}_{0}}$×100%=$\frac{8.54-4.91}{4.91}$×100%；c（A）=$\frac{（0.1-0.1×\frac{8.54-4.91}{4.91}）mol}{1L}$≈0.026mol/L，

故答案為：0.1×$\frac{P}{{P}_{0}}$；0.1×（2-$\frac{P}{{P}_{0}}$）；c（A）=0.026mol/L；
（5）對于A（g）?B（g）+C（g），△H=+285.1kJ•mol^-1反應建立平衡時：升高溫度，正、逆反應速率均加快，因此排除C點，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，因此平衡正向移動，再次平衡時A的物質的量濃度減小，因此排除b點，故選a點；對于A（g）?B（g）+C（g），反應建立平衡時：升高溫度，正、逆反應速率均加快，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，因此平衡逆向移動，再次平衡時B、C的物質的量濃度增大，故選d點，
故答案為：a、d．

點評 本題考查壓強關系和物質的量的計算應用，化學平衡計算方法，圖表數據處理方法的分析判斷，側重考查學生自學能力、分析解決問題的能力，注意表中數據為壓強關系和物質的量的關系，題目難度中等．