Question

5．向某密闭容器中加入0.30mol A、0.10mol C和一定量的B三种气体，一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图甲所示．如图乙为t₂时刻后改变容器中条件，平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各只改变一种条件，所改变的条件均不同．已知t₃～t₄阶段为使用催化剂．   
                                    
（1）若t₁=20s，则t₀～t₁阶段以C浓度变化表示的反应速率为v（C）=0.003mol•L^-1•s^-1； t₄～t₅阶段改变的条件为减小压强、或增大体积；（t₀为坐标原点）
（2）若t₂～t₃阶段，C的体积分数在不断地变小，则此阶段v（正）＜ v（逆） （填“＞”、“=”、“＜”）； t₃～t₄的平衡常数K=2.8．
（3）t₅～t₆阶段改变的条件为升高温度；B的起始物质的量为0.04mol；
（4）t₁达到平衡后，若保持容器温度和体积不变，再向容器中加入0.08mol A，0.2mol C，则平衡向正反应方向（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）移动．
（5）在温度和容积不变条件下，能判断该反应达到平衡的依据是CD
A．混合气体的平均相对分子质量不变     B．反应体系的总压强不变
C．生成2mol C的同时生成3mol A       D.2v_生成（A）=3v_生成（C）

Answer 1

分析 （1）依据反应速率概念分析计算，v=$\frac{△c}{△t}$，结合图象书写化学方程式，t₄～t₅阶段改变条件，平衡不动，速率减小；
（2）若t₂～t₃阶段，C的体积分数在不断地变小说明平衡逆向进行，结合平衡常数概念计算得到，K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（3）依据推导出的化学方程式计算，结合影响化学平衡的因素分析判断改变的条件；
（4）改变浓度，温度不变平衡常数不变，计算浓度商和平衡常数比较分析判断平衡进行方向；
（5）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析．

解答 解：（1）若t₁=20s，生成物C在t₀～t₁时间段的平均反应速率为：v（C）=$\frac{0.11mol/L-0.05mol/L}{20s}$=0.003mol•L^-1•s^-1；反应中A的浓度变化为0.15mol/L-0.06mol/L=0.09mol/L，C的浓度变化为0.11mol/L-0.05mol/L=0.06mol/L，反应中A与C的计量数之比为0.09：0.06=3：2，t₃～t₄阶段与t₄～t₅阶段正逆反应速率都相等，而t₃～t₄阶段为使用催化剂，则t₄～t₅阶段应为减小压强，则该反应中气体的化学计量数之和前后相等，则有：3A（g）?B（g）+2C（g），依据化学方程式可知，反应前后气体体积不变，t₄～t₅阶段改变体积平衡不动，说明是改变的压强，图象分析可知此阶段速率减小，则改变的体积为减小压强或增大体积，
故答案为：0.003mol•L^-1•s^-1 ；减小压强、或增大体积；
（2）若t₂～t₃阶段，C的体积分数在不断地变小说明平衡逆向进行，正反应速率小于逆反应速率，反应中A的浓度变化为0.15mol/L-0.06mol/L=0.09mol/L，C的浓度变化为0.11mol/L-0.05mol/L=0.06mol/L，反应中A与C的计量数之比为0.09：0.06=3：2，t₃～t₄阶段与t₄～t₅阶段正逆反应速率都相等，而t₃～t₄阶段为使用催化剂，则t₄～t₅阶段应为减小压强，则该反应中气体的化学计量数之和前后相等，则有：3A（g）?B（g）+2C（g），依据化学方程式书写计算t₂-t₃段的平衡常数即为t₃～t₄的平衡常数K=$\frac{c（B）{c}^{2}（C）}{{c}^{3}（A）}$=$\frac{0.05mol/L×（0.11mol/L）^{2}}{（0.06mol/L）^{3}}$=2.8；
故答案为：＜，2.8；
（3）如果增大反应物的浓度正反应速率变大，瞬间逆反应速率不变，根据图象可知t₅～t₆阶段应为升高温度；根据方程式可知消耗0.09mol/L的A，则生成0.03mol/L的B，容器的体积为2L，生成B的物质的量为0.06mol，平衡时B的物质的量为0.1mol，所以起始时B的物质的量为0.1mol-0.06mol=0.04mol；
故答案为：升高温度，0.04mol；
（4）t₁达到平衡后，若保持容器温度和体积不变，再向容器中加入0.08mol A，0.2mol C，
 Q=$\frac{c（B）{c}^{2}（C）}{{c}^{3}（A）}$=$\frac{0.05×0.3{1}^{2}}{0.1{4}^{3}}$=1.75＜K，说明平衡正向进行，
故答案为：向正反应方向；
（5）反应为3A（g）?B（g）+2C（g），是气体体积不变的反应
A．反应前后气体质量守恒，气体物质的量不变，所以混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；     
B．反应前后气体物质的量不变，反应体系的总压强始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．生成2mol C的同时生成3mol A，说明正逆反应速率相同，能说明反应达到平衡状态，故C正确；      
D．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，AC速率之比等于3：2，为正反应速率之比，当2v_生成（A）=3v_生成（C）说明A反应和生成的速率相同为正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故D正确，
故答案为：CD；

点评 本题考查了化学平衡的影响因素分析判断，化学平衡常数、反应速率概念计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．