Question

2．在一個容積固定不變的密閉容器中進行反應：2X（g）+Y（g）?2Z（g），已知將2molX和1molY充入該容器中，反應在絕熱條件下達到平衡時，Z的物質的量為pmol．回答下列問題：
（1）若把2molX和1molY充入該容器時，處于狀態I，達到平衡時處于狀態II（如圖1），則該反應的△H＜ 0； 熵變△S＜0  （ 填：“＜，＞，=”）．該反應在低溫（填高溫或低溫）條件下能自發進行．

該反應的v-t圖象如圖2中左圖所示．若其他條件不變，僅在反應前加入合適的催化劑，則其v-t圖象如圖2中右圖所示．以下說法正確的是②③⑤
①a₁＞a₂  ②b₁＜b₂  ③t₁＞t₂  ④右圖中陰影部分面積更大⑤兩圖中陰影部分面積相等
（3）若該反應在容積可變的密閉容器中發生，在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中X的體積分數隨壓強變化曲線如圖3所示．下列說法正確的是BD．
A． A、C兩點的反應速率：A＞C                 B． A、C兩點的氣體密度：A＜C
C． B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C    D． 由狀態B到狀態A，可以用加熱的方法

（II）在容積可變的密閉容器中發生反應：mA（g）+nB（g）?pC（g），在一定溫度和不同壓強下達到平衡時，分別得到A的物質的量濃度如下表
壓強p/Pa 2×10⁵ 5×10⁵ 1×10⁶
c（A）/mol•L^-1 0.08 0.20 0.44
（1）當壓強從2×10⁵ Pa增加到5×10⁵ Pa時，平衡不移動（填：向左，向右，不）
維持壓強為2×10⁵ Pa，當反應達到平衡狀態時，體系中共有amol氣體，再向體系中加入bmolB，當重新達到平衡時，體系中氣體總物質的量是a+bmol．
（3）其他條件相同時，在上述三個壓強下分別發生該反應．2×10⁵ Pa時，A的轉化率隨時間變化如圖4，請在圖4中補充畫出壓強分別為5×10⁵ Pa 和1×10⁶ Pa時，A的轉化率隨時間的變化曲線（請在圖4上畫出曲線并標出相應壓強）．

Answer 1

分析 （1）正反應為氣體物質的量減小的反應，容器的容積不變，由圖可知，狀態Ⅱ的壓強大于狀態Ⅰ壓強的2倍，反應在絕熱條件下進行，說明正反應為放熱反應；正反應后氣體的物質的量減少，所以混亂度減小，△H-T△S＜0反應自發進行；
（2）加入催化劑，反應速率加快，到達平衡的時間縮短，平衡不移動，陰影部分為反應物濃度變化量，則兩圖中陰影部分面積相等；
（3）A．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
B．A、C兩點都在等溫線上，反應前后氣體物質的量不變，壓強越大，容器的容積越小，而混合氣體總質量不變；
C．B、C兩點X的體積分數相同，則相同組分的體積分數相同；
D．壓強相同，升高溫度，化學平衡向吸熱反應移動；
（Ⅱ）（1）根據壓強變化與濃度變化關系分析；
（2）反應前后氣體的物質的量不變；
（3）2×10⁵與5×10⁵ Pa時A的轉化率不變，反應時間縮短，1×10⁶ Pa時，A的轉化率減小，反應速率增大時間縮短．

解答 解：（1）正反應為氣體物質的量減小的反應，容器的容積不變，由圖可知，狀態Ⅱ的壓強大于狀態Ⅰ壓強的2倍，反應在絕熱條件下進行，說明正反應為放熱反應，則△H＜0；正反應后氣體的物質的量減少，所以混亂度減小，則△S＜0，△H-T△S＜0反應自發進行，該反應在低溫條件下能自發進行，
故答案為：＜；＜；低溫；
（2）加入催化劑，反應速率加快，所以b₁＜b₂，到達平衡的時間縮短，所以t₁＞t₂，平衡不移動，陰影部分為反應物濃度變化量，則兩圖中陰影部分面積相等，
故答案為：②③⑤；
（3）A． A、C兩點都在等溫線上，壓強A點小于C點，壓強越大速率越快，所以反應速率A＜C，故A錯誤；
B． A、C兩點都在等溫線上，反應前后氣體物質的量不變，壓強越大，容器的容積越小，而混合氣體總質量不變，所以氣體密度：A＜C，故B正確；
C． B、C兩點X的體積分數相同，則相同組分的體積分數相同，所以氣體的平均相對分子質量相同，故C錯誤；
D． 由狀態B到狀態A，壓強相同，溫度不同，正反應為放熱反應，升高溫度化學平衡向吸熱反應移動，X的體積分數增大，所以可以通過升溫使狀態B到狀態A，故D正確；
故答案為：BD；
（Ⅱ）（1）由表格數據可知當壓強從2×10⁵Pa增大為5×10⁵Pa時，壓強增大2.5倍，體積變為$\frac{1}{2.5}$倍，濃度由0.08增大為0.20mol•L^-1，也增大2.5倍，所以增大壓強平衡不移動，
故答案為：不；
（2）由（1）可知，增大壓強平衡不移動，所以反應前后氣體的物質的量不變，所以當反應達到平衡狀態時，體系中共有amol氣體，再向體系中加入bmolB，當重新達到平衡時，體系中氣體總物質的量是a+b，
故答案為：a+b；
（3）2×10⁵與5×10⁵ Pa時A的轉化率不變，反應時間縮短，1×10⁶ Pa時，平衡逆移，A的轉化率減小，反應速率增大，時間縮短，依此作圖為：，
故答案為：．

點評 本題考查了平衡常數、平衡移動、平衡圖象等，綜合性較強，難度中等，注意對圖象和表格數據的分析是解題的關鍵，考查了學生分析圖象提取圖象信息的能力．