Question

8．向一體積不變的密閉容器中加入2mol A、0.6mol C和一定量的B三種氣體．一定條件下發生反應，各物質濃度隨時間變化如圖1所示．圖2為t₂時刻后改變反應條件，平衡體系中反應速率隨時間變化的情況，且四個階段都各改變一種不同的條件．

已知t₃-t₄階段為使用催化劑；圖1中t₀-t₁階段c （B）未畫出．
（1）若t₁=15min，則t₀-t₁階段以C濃度變化表示的反應速率為v（C）=0.02mol•L^-1•min^-1．
（2）（2）t₄-t₅階段改變的條件為減小壓強，B的起始物質的量為1.0mol．各階段平衡時對應的平衡常如表所示：

t1～t2	t2～t3	t3～t4	t4～t5	t5～t6
K1	K2	K3	K4	K5

則K₁=0.84（保留兩位小數），K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之間的關系為K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅（用“＞”“＜”或“=”連接）．
（3）t₅-t₆階段保持容器內溫度不變，若A的物質的量共變化了0.01mol，而此過程中容器與外界的熱交換總量為a kJ，寫出此溫度下該反應的熱化學方程式：2A（g）+B（g）?3C（g）；△H=+200a kJ•mol^-1．
（4）在相同條件下，若起始時容器中加入a mol A、b mol B和c mol C，達到平衡時體系中各物質的量與t₁時刻相等，a、b、c要滿足的條件為a+$\frac{2}{3}$c=2.4且b+$\frac{1}{3}$c=1.2．

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（C）；
（2）（3）圖二是在四種不同情況下影響化學的平衡，而影響平衡的因素有：濃度、溫度、壓強、催化劑；
t₃～t₄和t₄～t₅這兩段平衡是不移動的，則只能是壓強和催化劑影響的，因此應該推斷該反應為等體積變化的反應，
t₃～t₄的平衡比原平衡的速率要快，而t₄～t₅的速率又變慢，則前者應是加催化劑，因為條件只能用一次，t₄～t₅段為減壓；
反應物的濃度降低，生成物的濃度增大，結合圖一可知，A為反應物，C為生成物，A的變化為0.2mol/L，C的變化量為0.3mol/L．又由于該反應為等體積變化的反應，所以B為反應物，根據化學反應的速率之比等于化學方程式前的計量系數比，寫出該反應的方程式為2A（g）+B（g）?3C（g），起始2molA所對應的濃度為1mol/L，則體積應是2L，
t₅-t₆ 階段為升高溫度，v（正）＞（逆），平衡向正反應方向移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動；根據平衡常數，平衡移動解答K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之間的關系；
（4）要達到t₁時刻同樣的平衡，應為完全等效平衡，則折算后與原平衡相等．

解答 解：（1）15min內，以C濃度變化表示的反應速率為v（C）=$\frac{0.6mol/L-0.3mol/L}{15min}$=0.02 mol/（L•min），故答案為：0.02 mol/（L•min）；
（2）t₃～t₄和t₄～t₅這兩段平衡是不移動的，則只能是壓強和催化劑影響的，因此應該推斷該反應為等體積變化的反應，
t₃～t₄的平衡比原平衡的速率要快，而t₄～t₅的速率又變慢，則前者應是加催化劑，因為條件只能用一次，t₄～t₅段為減壓．
反應物的濃度降低，生成物的濃度增大，結合圖一可知，A為反應物，C為生成物，A的變化為0.2mol/L，C的變化量為0.3mol/L．又由于該反應為等體積變化的反應，所以B為反應物，根據化學反應的速率之比等于化學方程式前的計量系數比，
該反應的方程式為2A（g）+B（g）?3C（g），所以，△c（B）=$\frac{1}{2}$△n（A）=$\frac{1}{2}$×0.2mol/L=0.1mol/L，起始2molA所對應的濃度為1mol/L，則體積應是$\frac{2mol}{1mol/L}$=2L，故B的起始物質的量為n（B）=（0.1mol/L+0.4mol/L）×2L=1mol，
t₁-t₂段，處于平衡狀態，c（A）_平衡=0.8mol/L，c（B）_平衡=0.4mol/L，c（C）_平衡=0.6mol/L，
K₁=$\frac{{c}^{3}（C）}{{c}^{2}（A）•c（B）}$=$\frac{0．{6}^{3}}{0．{8}^{2}×0.4}$=0.84，
t₂-t₃段，為改變濃度，平衡移動，平衡常數不變，K₂=0.84，
t₃-t₄段，使用催化劑，加快反應，平衡常數不變，K₃=0.84，
t₄-t₅段，為降低壓強，反應速率降低，平衡不移動，平衡常數不變，K₄=0.84，
t₅-t₆段，為升高溫度，平衡向正反應方向移動，平衡常數增大，故 K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅，
故答案為：減小壓強；1.0mol；0.84；K₁=K₂=K₃=K₄＜K₅；
（3）根據方程式計算，若A的物質的量共變化了0.01mol，而此過程中容器與外界的熱交換總量為a kJ，則反應2molA時，交換熱量200akJ，而由圖象可知，t₅～t₆階段應為升高溫度，正反應速率大于逆反應速率，平衡向正反應方向移動，則正反應為吸熱反應，所以熱化學方程式為2A（g）+B（g）?3C（g）△H=+200a kJ/mol，
故答案為：2A（g）+B（g）?3C（g）△H=+200a kJ/mol；
（4）反應的方程式為2A（g）+B（g）?3C（g），根據方程式計算，起始時，將C從理論上轉化為A、B，則A的物質的量為2mol+$\frac{2}{3}$×0.6mol=2.4mol，B的物質的量為1mol+$\frac{1}{3}$×0.6mol=1.2mol，在相同條件下，若起始時容器中加入a mol A、b mol B和c mol C，要達到t₁時刻同樣的平衡，則所加物質的物質的量必須折算后與原平衡相等．
所以有a+$\frac{2}{3}$c=2.4且b+$\frac{1}{3}$c=1.2，
故答案為：a+$\frac{2}{3}$c=2.4且b+$\frac{1}{3}$c=1.2．

點評 本題以圖象的形式考查影響化學反應速率以及化學平衡移動的因素，題目難度中等，注意等效平衡問題，為本題的難點，也是易錯點．