Question

2．圖中，P為一可自由滑動的活塞，關閉K，分別向容器A、B中各充入1mol X、1mol Y，起始時，V_A=a L，V_B=0.8a L（連通管的體積忽略不計），在相同溫度和有催化劑存在的條件下，兩容器中各自發生下述反應：3X（g）+3Y（g）?2Z（g）+2W（g），達平衡時，V_B=0.6a L．回答下列問題：
（1）達到平衡時B中X的轉化率為75%．
（2）平衡時A、B中混合氣體的平均相對分子質量的關系是：M_A小于M_B（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）打開K，一段時間后反應再次達到平衡，則B的體積為0.2aL．

Answer 1

分析 （1）B為恒溫恒壓，利用體積之比等于物質的量之比，求出平衡時B中混合氣體的物質的量，令轉化的X的物質的量為想xmol，利用三段式列方程求出，再利用轉化率的定義計算x的轉化率；
（2）A為恒溫恒容條件，B為恒溫恒壓條件，B容器體積減小，壓強增大，平衡正向進行，氣體物質的量減小，混合氣體質量不變，根據M=$\frac{m}{n}$判斷；
（3）打開K達到平衡時，混合氣體壓強應該與第一次平衡時B的壓強相同，該反應是在等溫等壓條件下進行的反應，AB中反應開始物質的量是4mol，等溫等壓下，氣體的物質的量之比等于體積之比，則打開K時達到平衡狀態容器體積應該是原來B容器體積的2倍，為1.2aL，因為V_A=a L，則B的體積=1.2aL-aL．

解答 解：（1）B為恒溫恒壓，反應前后體積之比等于物質的量之比，令平衡后B中混合氣體的物質的量為n，則：
0.8aL：0.6aL=2mol：n，解答n=1.5mol，
           3X（g）+3Y（g）?2Z（g）+2W（g），
開始：1mol       1mol          0mol            0mol
轉化：xmol       xmol   $\frac{2}{3}$xmol    $\frac{2}{3}$xmol
平衡：（1-x）mol （1-x）mol $\frac{2}{3}$xmol   $\frac{2}{3}$xmol
所以：（1-x）mol+（1-x）mol+$\frac{2}{3}$xmol+$\frac{2}{3}$xmol=1.5mol，
解得x=0.75，
B中X的轉化率為$\frac{0.75mol}{1mol}$×100%=75%；
故答案為：75%；
（2）A為恒溫恒容條件，B為恒溫恒壓條件，B容器體積減小，壓強增大，平衡正向進行，氣體物質的量減小，混合氣體質量不變，根據M=$\frac{m}{n}$判斷得M_A＜M_B，
故答案為：小于；
（3）打開K達到平衡時，混合氣體壓強應該與第一次平衡時B的壓強相同，該反應是在等溫等壓條件下進行的反應，AB中反應開始物質的量是4mol，等溫等壓下，氣體的物質的量之比等于體積之比，則打開K時達到平衡狀態容器體積應該是原來B容器體積的2倍，為1.2aL，因為V_A=a L，則B的體積=1.2aL-aL，
故答案為：0.2a．

點評 本題主要考查化學平衡計算，難度較大，注意等效平衡的利用是解題的關鍵．